JP4432745B2

JP4432745B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4432745B2
Application number: JP2004335482A
Authority: JP
Inventors: 和郎倉田; 純竹村; 恵信ヶ原
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006144659A

Description

本発明は、内燃機関（以下単にエンジンと称す）の排気浄化装置に係り、一層詳細には排気系にＮＯｘ吸蔵触媒等を備えた排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、炭化水素(ＨＣ）、一酸化炭素(ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ:Particulate Matter）等の汚染物質が含まれる。これらの物質による大気汚染を抑制するため、排気ガス還流(以下単にＥＧＲと称す）及びコモンレール式高圧燃料噴射などの燃焼技術、又はディーゼル酸化触媒(ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst：以下単にＤＯＣと称す）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter:以下単にＤＰＦと称す）、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap：以下単にＬＮＴと称す）等による後処理技術が開発されている。

しかし、ディーゼルエンジンにＬＮＴを装着した場合、燃料中に含まれるＳ（サルファ，硫黄分）が触媒に付着して触媒へのＮＯｘ付着を阻害する等で触媒機能（浄化効率）が低下するので、付着・堆積したＳを定期的に脱離させる、所謂Ｓパージが必要である。

ＬＮＴのＳパージには、高温かつリッチな雰囲気が必要である。しかし、ディーゼルエンジンは排気温度が低いので、Ｓパージを行うには強制的に温度を上げる必要がある。また、ディーゼルエンジンは通常リーンで運転しているので、リッチな雰囲気に切り換える必要がある。

そこで従来は、主噴射の直後の副噴射で排気温度を高めると共に、ＬＮＴをリッチ雰囲気下においていた。

特開２０００−５４９００号公報

ところで、上述した触媒の昇温・活性手法にあっては、図４のＳパージに要求される排気温度のグラフに示すように、Ｓパージしつつ、触媒の熱劣化を避ける温度範囲（Ｓパージ可能温度範囲）に制御する必要があると共に、Ｓの放出特性はλ（空気過剰率又は空燃比）によって変化するため、正確にλを制御する必要がある。また、排気温度は吸入空気量と燃料噴射量，λは吸入空気量と燃料噴射量の比に影響されている。これらの条件を同時に満足させつつ、ドライバの要求トルクにエンジントルクを合わせる必要がある。

ところで、特許文献１には、筒内噴射型エンジンにおいて、ＬＮＴの昇温の際、全体の空燃比を変化させずに主噴射量と副噴射量とを設定する所謂２段噴射の技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１においては、昇温だけの制御であり触媒温度を低下させるものではない。従って、温度を低下させる場合、副噴射を止めることになり、急激に温度が低下して適切な温度範囲（Ｓパージ可能温度範囲）を外れてしまう虞がある。

そこで、本発明の目的は、排気浄化手段の熱劣化を抑制しつつトルク変動を起こさずに温度とλとを適切な範囲に確実に制御できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は以下のように構成される。
（１）内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化手段と、上記内燃機関への吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、上記内燃機関の運転状態に応じて吸入空気量を設定する吸入空気量設定手段と、上記吸入空気量に対し目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、上記目標空燃比に対し燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、上記設定された燃料噴射量をメイン噴射とポスト噴射に分割して上記排気浄化手段を昇温させる燃料噴射制御手段と、上記排気浄化手段の温度または近傍の温度を検出する温度検出手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記目標空燃比設定手段は、上記排気浄化手段の昇温時に上記温度検出手段の検出出力が所定温度範囲になるように目標空燃比を変更する昇温空燃比変更手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、変更された目標空燃比に応じて燃料噴射量を内燃機関に要求されたトルクに対応してメイン噴射量を設定することを特徴とする。

（２）上記昇温空燃比変更手段は、上記排気浄化手段の温度を昇温させる第１空燃比と、低下させる第２空燃比を備えたことを特徴とする。

（１）の発明によれば、ポスト噴射により排気温度を高めると共に排気浄化手段の温度に応じて空燃比を変更することにより排気浄化手段の温度を制御するようにしたので、昇温させたい温度範囲に確実に制御できると共に、内燃機関に要求されたトルクに対応してメイン噴射量を設定するので、空燃比変更によるトルク変動を抑えることができる。

（２）の発明によれば、排気浄化手段の温度を低下させる際の目標空燃比を設定することで、急激な温度低下を防止し、適切な温度範囲に排気浄化手段を維持することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成図、図２はＳパージ時におけるλ制御のフローチャート、図３はＬＮＴ温度の制御例を示すグラフである。

図１に示すように、多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１はシリンダヘッド２とシリンダブロック３とを有し、シリンダブロック３の各シリンダボア内にはピストン４が往復動自在に収装される。このピストン頂面とシリンダボア壁面とシリンダヘッド下面とで燃焼室５が形成される。

シリンダヘッド２には、吸気弁６で開閉される吸気ポート７が形成され、この吸気ポート７には吸気マニホールドを含む吸気通路８が接続される。また、シリンダヘッド２には、排気弁９で開閉される排気ポート１０が形成され、この排気ポート１０には排気マニホールドを含む排気通路１１が接続される。

吸気通路８と排気通路１１との間には可変容量式ターボチャージャ（以下単にＶＧＴと称す）１２が介装され、その加圧された吸気がインタークーラ１３で冷却されて燃焼室５に供給されるようになっている。また、インタークーラ１３下流の吸気通路８とＶＧＴ１２上流の排気通路１１がＥＧＲ通路１４で接続され、該ＥＧＲ通路１４に介装したＥＧＲバルブ１５によりＥＧＲ量が制御されるようになっている。

さらに、ＶＧＴ１２下流の排気通路１１には、排気ガス流れの上流側から順にＤＯＣ（排気浄化手段）１６とＬＮＴ（排気浄化手段）１７とが介装される。この際、ＤＯＣ１６及びＬＮＴ１７は可及的にエンジン１に近づけて配設される。

また、シリンダヘッド２には、各気筒の燃焼室５内に燃料を直接噴射する電子制御式の燃料噴射弁１９が設けられ、この燃料噴射弁１９にはコモンレール２０から所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給されるようになっている。図中２１はコモンレール２０に図示しない燃料タンクからの燃料を供給する燃料供給ポンプでエンジン１に連動して回転駆動される。

上記燃料噴射弁１９は電子制御ユニット（以下単にＥＣＵと称す）３０により駆動制御される。即ち、ＥＣＵ３０には、アクセル開度を検出するセンサからのアクセル開度信号とエンジン回転数（及びクランク角度）を検出するセンサからのエンジン回転数信号が入力し、これらアクセル開度とエンジン回転数に基づいて目標燃料噴射量、目標噴射時期を検索し、これら目標とする燃料噴射量、噴射時期となるように、燃料噴射弁１９における電磁弁の開閉時期を決定している。

また、上記ＥＣＵ３０には、ＬＮＴ１７の温度を検出するためにＬＮＴ１７の入口に取り付けた温度センサ（温度検出手段）２２とＤＯＣ１６上流の排気通路１１に介装されてλをリニアに検出するリニア空燃比センサ（以下ＬＡＦＳと称す）２３とＶＧＴ１２上流の吸気通路８に介装されたエアーフローセンサ２４の検出信号が入力される。また、図中２５は、上述したＥＧＲバルブ１５及びＶＧＴ１２（ベーン開度）と同様に、ＥＣＵ３０により駆動制御される電子制御式のスロットルバルブ（吸入空気量調整手段）である。

そして、上記ＥＣＵ３０は、エアーフローセンサ２４で検出される吸入空気量がエンジン１の運転状態に応じた吸入空気量となるようにスロットルバルブ２５をフィードバック制御し（吸入空気量設定手段）、かつこの吸入空気量に対し目標λを設定する（目標λ設定手段）と共にこの目標λに対し燃料噴射量を設定する（燃料噴射量設定手段）ようになっている。

また、車両走行中に、通常モードからＬＮＴ１７のＳパージを行うＳパージモードへの切り替えを適切なインターバルをとって定期的に行うと共に、Ｓパージモード下では、上記設定された燃料噴射量をピストン４の圧縮上死点（クランク角０°）付近で行われるメイン噴射とこのメイン噴射の直後の比較的早い時期になされるアーリーポスト噴射（以下、単にポスト噴射と称す）とに分割して行い、このポスト噴射により排気温度を上昇させてＬＮＴ１７を昇温させるようになっている（燃料噴射制御手段）。

更に、Ｓパージモード下では、図２のＳパージ時におけるλ制御のフローチャートと図３のＬＮＴ雰囲気温度の制御例を示すグラフに示すように、ＬＡＦＳ２３で検出したλが目標とするλになるようにポスト噴射量をフィードバック制御すると共に、この目標λをリッチ・リーンに切り替えることでＬＮＴ１７の温度を制御するようになっている（昇温空燃比変更手段）。

即ち、Ｓパージ可能なリッチなλ１（第１空燃比）での昇温時に温度センサ２２で検出した温度が目標温度を超えると、リーンなλ２（第２空燃比）に切り替えてＬＮＴ１７の温度を低下させる（図２のステップＰ２〜ステップＰ４参照）一方上記温度が所定値以下になると、λ２からＳパージ可能なλ１に切り替えてＬＮＴ１７の温度を上昇させる（図２のステップＰ５〜ステップＰ７参照）のである。

そして、この際、メイン噴射量において、Ｑmain＋Ｑpost＝一定となるようにかつ、エンジントルクが変化しないようにＱmainが求められる。つまり、合計の燃料噴射量は変化させず、ポスト噴射量とメイン噴射量の割合を変化させて、ポスト噴射によるトルク変動を低減するのである。単純にトルクが増えた分メイン噴射量を減らすと、λが合わなくなるのである。

このようにして本実施例では、ポスト噴射により排気温度を高めると共にＬＮＴ１７の雰囲気温度に応じてλを変更することによりＬＮＴ１７の温度を制御するようにしたので、ＬＮＴ１７の熱劣化を抑制しつつＳパージ可能な温度範囲に確実に制御できる。

また、エンジンに要求されたトルクに対応してメイン噴射量とポスト噴射量とに分割噴射するので、λ変更によるトルク変動を抑えることができる。

また、ＬＮＴ１７の温度を低下させる際にもポスト噴射させるので、ＬＮＴ１７の急激な温度低下を防止し、適切な温度範囲にＬＮＴ１７を維持することができる。勿論、昇温に要する燃料噴射量も低減でき、燃費が向上する。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。例えば、ＤＯＣ１６は特になくても良い。また、ＥＣＵ３０における通常モードからＳパージモードへの切り替えは、適切なインターバルをとって定期的に行うようにしたが、運転履歴からＳ被毒量を推定したりしてモード切り替えを行っても良い。

本発明の一実施例を示すディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。Ｓパージ時におけるλ制御のフローチャートである。ＬＮＴ雰囲気温度の制御例を示すグラフである。Ｓパージに要求される排気温度のグラフである。

符号の説明

１多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）、２シリンダヘッド、３シリンダブロック、４ピストン、５燃焼室、６吸気弁、７吸気ポート、８吸気通路、９排気弁、１０排気ポート、１１排気通路、１２可変容量式ターボチャージャ（ＶＧＴ）、１３インタークーラ、１４ＥＧＲ通路、１５ＥＧＲバルブ、１６ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、１７ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）、１９燃料噴射弁、２０コモンレール、２１燃料供給ポンプ、２２温度センサ、２３空燃比センサ（ＬＡＦＳ）、２４エアーフローセンサ、２５電子制御式のスロットルバルブ、３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

Claims

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化手段と、
上記内燃機関への吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、
上記内燃機関の運転状態に応じて吸入空気量を設定する吸入空気量設定手段と、
上記吸入空気量に対し目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
上記目標空燃比に対し燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、
上記設定された燃料噴射量をメイン噴射とポスト噴射に分割して上記排気浄化手段を昇温させる燃料噴射制御手段と、
上記排気浄化手段の温度または近傍の温度を検出する温度検出手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
上記目標空燃比設定手段は、上記排気浄化手段の昇温時に上記温度検出手段の検出出力が所定温度範囲になるように目標空燃比を変更する昇温空燃比変更手段を備え、
上記燃料噴射制御手段は、変更された目標空燃比に応じて燃料噴射量を設定すると共に内燃機関に要求されたトルクに対応してメイン噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記昇温空燃比変更手段は、上記排気浄化手段の温度を昇温させる第１空燃比と、低下させる第２空燃比を備えた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。