JP4344953B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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、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O2)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。
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。
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。
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。
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(O2)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O2)を放出する酸素吸蔵機能(O2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、O2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。
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O2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。
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、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。
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O2センサ54〜58の他、各種センサ類が接続されている。
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。
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、O2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O2センサ54、55、第2のO2センサ56、57、第3のO2センサ58の各符号に対応する。
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。
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O2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。
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O2が速やかに脱離する。
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。
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。
ステップS32では、第1のO2センサ54、55の出力が所定値以上、或いは、当該第1のO2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。
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。
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O2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。
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。
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。
つまり、燃料カット中に第3のO2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O2)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。
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。
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。
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。
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O2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O2)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。
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。
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。
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。
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O2センサ
56、57 第2のO2センサ
58 第3のO2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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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