JP4453060B2 - 内燃機関の排出ガス浄化制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒に吸蔵した窒素酸化物(以下「NOx」と表記する)を還元浄化するために、空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排出ガス浄化制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費向上等を目的として、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するリーンバーンエンジンや筒内噴射エンジンが開発されている。これらのエンジンでは、NOx排出量を低減するために、NOx吸蔵還元型触媒(以下「NOx触媒」と表記する)を採用したものがある。このNOx触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOxを吸蔵し、空燃比がリッチになったときに吸蔵NOxを還元浄化して放出する特性をもっている。
【0003】
そこで、リーン運転中にNOx触媒のNOx吸蔵量が飽和するのを防止するため、特開2000−34943号公報に示すように、リーン運転時間とリッチ運転時間を所定比率(例えば50:1)に設定して、リーン運転中に所定周期で空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御を実施することで、リーン運転中にNOx触媒に吸蔵したNOxを還元浄化する処理を繰り返すようにしたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、リーン運転中に所定周期でリッチスパイク制御を実施するため、NOx触媒で吸蔵NOxを十分に還元浄化できない運転状態のときにも、リッチスパイク制御を実施してしまう可能性がある。このような場合、せっかくリッチスパイク制御を実施しても、そのリッチスパイク制御によって得られるNOx浄化効果が少なく、逆に、リッチスパイク制御によって発生するトルク変動、排気エミッション悪化、燃費悪化等の悪影響の方が大きくなってしまう。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒に吸蔵したNOxを還元浄化しやすい運転状態でリッチスパイク制御を実施することができ、NOx浄化率を向上できると共に、NOx浄化効果の少ない無駄なリッチスパイク制御を行わずに済み、リッチスパイク制御によるドライバビリティや排気エミッション等への悪影響を回避することができる内燃機関の排出ガス浄化制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1〜4の内燃機関の排出ガス浄化制御装置は、触媒に吸蔵したNOxを十分に還元浄化できない運転状態のときには、リッチスパイク禁止手段によってリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続することを共通の技術的特徴としている。このようにすれば、リッチスパイク制御によって得られるNOx浄化効果が少ないときには、仮に、他のリッチスパイク制御実施条件が成立しても、リッチスパイク制御が実施されないため、リッチスパイク制御によるトルク変動、排気エミッション悪化、燃費悪化等の悪影響を回避することができる。しかも、触媒で吸蔵NOxを効率良く還元浄化できる運転状態のときのみに、リッチスパイク制御が実施されるため、リッチスパイク制御によるNOx浄化効果も高めることができる。
【0007】
この場合、請求項1のように、アイドル運転時にリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続するようにしても良い。或は、請求項2のように、減速運転時にリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続するようにしても良い。また、請求項3のように、低回転・低負荷運転時にリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続するようにしても良い。アイドル運転、減速運転、低回転・低負荷運転は、いずれも吸入空気量(排出ガス流量)が少なくなる運転状態である。吸入空気量(排出ガス流量)が少ないときは、空燃比をリッチにしても、触媒に供給するリッチ成分の絶対量が少ないため、還元浄化できるNOx量も少なく、吸蔵NOxを十分に還元浄化することができない。従って、アイドル運転、減速運転、低回転・低負荷運転などの吸入空気量が少ない運転状態のときにリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続すれば、リッチスパイク制御によって得られるNOx浄化効果が少ないときにリッチスパイク制御を実施せずに済み、NOx浄化効果の高い運転状態のときにリッチスパイク制御を効率良く実施することができる。
【0010】
また、トラクション制御のためのトルク制御等を行うために、所定の運転条件で一部の気筒への燃料供給を休止して残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を行うシステムでは、減筒運転時にリッチスパイク制御を実施すると、運転気筒からはリッチガスが排出されるが、休止気筒からは吸入空気(リーンガス)がそのまま排出されるため、触媒に流れる排出ガスの空燃比が十分にリッチにならず、触媒でNOxを十分に還元浄化することができない。
【0011】
そこで、請求項4のように、減筒運転時にリッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続するようにしても良い。このようにすれば、吸蔵NOxを十分に還元浄化できない減筒運転時に無駄なリッチスパイク制御を行うことを防止できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリーンバーンエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側には、吸気温度を検出する吸気温センサ14が設けられている。この吸気温センサ14の下流側には、スロットルバルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
【0014】
更に、スロットルバルブ15の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ17が設けられ、この吸気管圧力センサ17の下流側に、サージタンク18が設けられている。このサージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。エンジン11のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各気筒の点火プラグ21には、点火時期毎に点火装置22で発生した高電圧が印加される。
【0015】
一方、エンジン11の排気管23(排気通路)の途中には、排出ガスを浄化するNOx吸蔵還元型触媒(以下「NOx触媒」と表記する)24が設置されている。このNOx触媒24は、排出ガス中の酸素濃度が高いリーン運転中に排出ガス中のNOxを吸蔵し、空燃比がリッチ(又はストイキ)に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下したリッチ運転中に、それまでに吸蔵したNOxを還元浄化して放出する。
【0016】
このNOx触媒24の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号AFを出力する空燃比センサ25が設けられ、NOx触媒24の下流側には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧VOX2が反転する酸素センサ26が設けられている。尚、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ27や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ28が取り付けられている。
【0017】
エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)29は、CPU30、ROM31、RAM32、バッテリ(図示せず)でバックアップされたバックアップRAM33、入力ポート34、出力ポート35等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。入力ポート34には、前述した各種センサの出力信号が入力される。また、出力ポート35には、燃料噴射弁20、点火装置22等が接続されている。ECU29は、ROM31に記憶された各種のエンジン制御プログラムをCPU30で実行することでエンジン11の運転を制御する。
【0018】
ECU29は、エンジン運転状態に基づいてリーン運転時間とリッチ運転時間を所定比率(例えば50:1)で設定して、リーン運転中に一時的にリッチ運転を実施するリッチスパイク制御を実施する。これにより、NOx触媒24では、リーン運転中に排出ガス中のNOxを吸蔵し、その吸蔵NOxをリッチスパイク制御により還元浄化して放出する処理が繰り返される。その際、ECU29は、NOx触媒24で吸蔵NOxを十分に還元浄化できない運転状態のときには、リッチスパイク制御を禁止して、NOx触媒24で吸蔵NOxを効率良く還元浄化できるときのみ、リッチスパイク制御を実施する。
以下、ECU29が実行する各ルーチンの具体的な処理内容を説明する。
【0020】
[燃料噴射量設定]
図2の燃料噴射量設定ルーチンは、空燃比のF/B(フィードバック)制御を通じて燃料噴射量TAUを設定するルーチンであり、各気筒の燃料噴射タイミング毎に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、エンジン運転状態(エンジン回転速度Ne、吸気圧PM、冷却水温等Tw等)を読み込み、次のステップ102で、ROM31に予め記憶されている基本噴射量マップを検索して、現在のエンジン回転速度Neと吸気圧PMに応じた基本噴射量Tpを算出する。この後、ステップ103に進み、空燃比F/B条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比F/B条件は、冷却水温Twが所定温度以上であること、運転状態が高回転・高負荷領域でないこと、空燃比センサ25が活性状態であること等であり、これらの条件を全て満たしたときに空燃比F/B条件が成立する。
【0021】
上記ステップ103で、空燃比F/B条件が不成立と判定された場合には、ステップ107に進み、空燃比補正係数FAFを「1.0」に設定して、ステップ106に進む。この場合は、空燃比の補正は行われない。
【0022】
一方、上記ステップ103で、空燃比F/B条件成立と判定された場合には、ステップ104に進み、後述する図3の目標空燃比設定ルーチンを実行して目標空燃比AFTGを設定し、次のステップ105で、空燃比センサ25で検出した実空燃比A/Fと目標空燃比AFTGとの偏差に基づいて空燃比補正係数FAFを算出する。
【0023】
この後、ステップ106に進み、基本噴射量Tp、空燃比補正係数FAF及び他の補正係数FALL(水温、エアコン負荷等の各種補正係数)を用いて、次式により燃料噴射量TAUを算出して、本ルーチンを終了する。
TAU=Tp×FAF×FALL
【0024】
[目標空燃比設定]
次に、図2のステップ104で実行される図3の目標空燃比設定ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、リッチスパイク禁止フラグXRSNGが、リッチスパイク制御の禁止を意味する「1」にセットされているか否かを判定する。このリッチスパイク禁止フラグXRSNGは、後述する図7のリッチスパイク禁止ルーチンによって、リッチスパイク禁止条件が成立したときに、リッチスパイク制御を禁止するために「1」にセットされる。
【0025】
このステップ201で、リッチスパイク禁止フラグXRSNG=0(リッチスパイク制御許可)と判定された場合は、ステップ202以降の処理を実行して、リーン運転中に所定周期でリッチスパイク制御が実施されるように(図6参照)、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を設定すると共に、リーン運転時とリッチ運転時の目標空燃比AFTGをそれぞれ設定する。
【0026】
まず、ステップ202で、前回のリッチスパイク制御終了後のリーン運転時間をカウントする周期カウンタの値が「0」であるか否か(つまりリッチスパイク制御終了時であるか否か)を判定し、周期カウンタ=0であれば、ステップ203に進み、エンジン回転速度Neと吸気圧PMに基づいてリーン運転時間TLとリッチ運転時間TRを設定する。ここで、リーン運転時間TLとリッチ運転時間TRは、それぞれリーン空燃比での燃料噴射回数、リッチ空燃比での燃料噴射回数に相当するものであって、基本的には、エンジン回転速度Neが高いほど又は吸気圧PMが高いほど、リーン運転時間TLとリッチ運転時間TRが大きな値に設定される。本実施形態では、図4に示すリッチ運転時間TRのマップを検索して、現在のエンジン回転速度Neと吸気圧PMに応じたリッチ運転時間TRを算出し、このリッチ運転時間TRに所定係数αを乗算することでリーン運転時間TLを算出する。
TL=TR×α
【0027】
ここで、係数αは、演算処理の簡略化のために固定値(例えば50)としても良いが、エンジン運転状態(エンジン回転速度Ne、吸気圧PM等)に応じて可変しても良い。このようにしてリーン運転時間TLとリッチ運転時間TRを設定した後、ステップ204に進む。
【0028】
前回までの処理で周期カウンタがインクリメントされている場合(リーン運転中)は、上記ステップ202で、周期カウンタ≠0と判定されて、ステップ203の処理を飛び越して、ステップ204に進む。
【0029】
リーン運転中は、ステップ204で、周期カウンタを「1」だけインクリメントしてリーン運転時間をカウントし、次のステップ205で、周期カウンタの値が上記ステップ203で設定したリーン運転時間TLに相当する値に達したか否かを判定する。もし、周期カウンタの値が設定リーン運転時間TLに達していなければ、ステップ206に進み、図5に示す目標空燃比AFTGのマップを検索して、現在のエンジン回転速度Neと吸気圧PMに応じた目標空燃比AFTGを算出し、本ルーチンを終了する。この場合、目標空燃比AFTGは、リーン制御値(例えばA/F=20〜23に相当する値)に設定され、リーン運転が継続される。但し、過渡運転時等で、リーン運転の実施条件が不成立となる場合には、目標空燃比AFTGは、ストイキ近傍の値に設定される。
【0030】
その後、周期カウンタの値が設定リーン運転時間TLに達したときに、ステップ205からステップ207に進み、目標空燃比AFTGをリッチ制御値に設定する。この場合、目標空燃比AFTGは、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、エンジン回転速度Neや吸気圧PMをパラメータとするマップを検索して目標空燃比AFTGを設定しても良い。マップ検索を行う場合は、エンジン回転速度Neが高いほど又は吸気圧PMが高いほど、そのリッチ度合いが強くなるように目標空燃比AFTGを設定することが好ましい。
【0031】
目標空燃比AFTGの設定後、ステップ208に進み、周期カウンタの値がリーン運転時間TLとリッチ運転時間TRの合計時間「TL+TR」に相当する値に達したか否かを判定し、周期カウンタ<TL+TRの期間中(リッチスパイク制御中)は、そのまま本ルーチンを終了し、その後、周期カウンタ≧TL+TRと判定されたときに(つまりリッチスパイク制御を終了するときに)、ステップ208からステップ209に進み、周期カウンタを「0」にクリアして本ルーチンを終了する。
【0032】
これにより、リッチスパイク禁止フラグXRSNG=0(リッチスパイク制御許可)の期間中は、図6に示すように、周期カウンタ=0〜TLの期間(時刻t1〜t2の期間)は、空燃比をリーン制御するリーン運転を実施して、排出ガス中のNOxをNOx触媒24に吸蔵する。そして、周期カウンタ=TL〜TL+TRの期間(時刻t2〜t3の期間)は、空燃比をリッチに制御するリッチスパイク制御を実施して、排出ガス中のリッチ成分(HC、CO)によりNOx触媒24の吸蔵NOxを還元して放出する。
【0033】
これに対して、上記ステップ201で、リッチスパイク禁止フラグXRSNG=1(リッチスパイク制御禁止)と判定された場合は、ステップ201からステップ206に進み、図5に示す目標空燃比のマップを検索して、エンジン回転速度Neと吸気圧PMに応じて目標空燃比AFTGをリーン制御値に設定して、リーン運転を実施する。従って、リッチスパイク禁止フラグXRSNG=1の期間中は、他のリッチスパイク制御実施条件が成立しても、リッチスパイク制御は実施されない。
【0034】
[リッチスパイク禁止]
図7のリッチスパイク禁止ルーチンは、後述するリッチスパイク禁止条件が成立したときに、リッチスパイク禁止フラグXRSNGを「1」にセットしてリッチスパイク制御を禁止するルーチンである。
【0035】
本ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいうリッチスパイク禁止手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301〜305で、リッチスパイク禁止条件が成立しているか否かを判定する。リッチスパイク禁止条件は、例えば次の▲1▼〜▲5▼である。
【0036】
▲1▼アイドル運転中であること(ステップ301)
▲2▼減速運転中であること(ステップ302)
▲3▼低回転・低負荷運転中であること(ステップ303)
▲4▼燃料カット中又は燃料カット終了から所定期間内であること(ステップ304)
▲5▼減筒運転中であること(ステップ305)
【0036】
この場合、▲1▼のアイドル運転、▲2▼の減速運転、▲3▼の低回転・低負荷運転は、いずれも吸入空気量(排出ガス流量)が少なくなる運転状態である。吸入空気量(排出ガス流量)が少ないときは、空燃比をリッチにしても、NOx触媒24に供給するリッチ成分の絶対量が少ないため、NOx触媒24で還元浄化できるNOx量も少なく、NOx触媒24の吸蔵NOxを十分に還元浄化することができない。従って、アイドル運転中であること、減速運転中であること、低回転・低負荷運転中であることを、それぞれリッチスパイク禁止条件▲1▼〜▲3▼とし、吸入空気量が少ない運転状態のときには、リッチスパイク制御を禁止して、リッチスパイク制御による悪影響(トルク変動、排気エミッション悪化、燃費悪化等)を防止する。
【0037】
また、燃料カット中は、エンジン11ヘの燃料供給がカットされるため、リッチスパイク制御の実施指令が出されても、空燃比をリッチにすることはできない。また、燃料カット終了直後、つまり、燃料噴射再開直後は、燃焼状態が十分に安定化していないため、この時期にリッチスパイク制御を実施すると、空燃比の急激な変化により燃焼状態が不安定になってドライバビリティや排気エミッションが悪化するおそれがある。従って、燃料カット中又は燃料カット終了から所定期間内であることをリッチスパイク禁止条件▲4▼とし、燃料カット中又は燃料カット終了直後は、リッチスパイク制御を禁止して、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を防止する。
【0038】
尚、燃料カット中か否かは、燃料カットフラグXFCが、燃料カットの実行を意味する「1」にセットされているか否かによって判定し、燃料カット終了から所定期間内か否かは、燃料カットフラグXFCが「1」から「0」に切り換わってから所定期間内か否かによって判定すれば良い。燃料カットフラグXFCは、後述する図8の燃料カット制御ルーチンによってセット/リセットされる。
【0039】
また、トラクション制御のためのトルク制御等を行うために、所定の運転条件で一部の気筒への燃料供給を休止して残りの気筒でエンジン11を運転する減筒運転中に、リッチスパイク制御を実施すると、運転気筒からはリッチガスが排出されるが、減筒気筒からは吸入空気(リーンガス)がそのまま排出されるため、NOx触媒24に流れる排出ガスの空燃比が十分にリッチにならず、NOxを十分に還元浄化することができない。従って、減筒運転中であることをリッチスパイク禁止条件▲5▼とし、減筒運転中は、リッチスパイク制御を禁止して、リッチスパイク制御による悪影響(トルク変動や燃費悪化等)を防止する。
【0040】
尚、減筒運転中か否かは、減筒運転フラグXPFCが、減筒運転の実行を意味する「1」にセットされているか否かによって判定すれば良い。減筒運転フラグXPFCは、後述する図9及び図10の減筒運転制御ルーチンによってセット/リセットされる。
【0041】
以上説明した▲1▼〜▲5▼の条件のうちいずれか1つでも満たせば、リッチスパイク禁止条件が成立し、ステップ306に進み、リッチスパイク禁止フラグXRSNGをリッチスパイク制御禁止を意味する「1」にセットして、本ルーチンを終了する。これにより、図3のステップ201で「Yes」と判定されるようになり、リッチスパイク制御が禁止される。
【0042】
一方、上記▲1▼〜▲5▼の条件を全て満たさない場合は、リッチスパイク禁止条件が不成立となり、ステップ307に進み、リッチスパイク禁止フラグXRSNGを「0」にリセットして、本ルーチンを終了する。これにより、図3のステップ201で「No」と判定されるようになり、リッチスパイク制御の禁止が解除される。
【0043】
尚、上記▲1▼〜▲5▼の条件のいずれか1つ又は複数の条件を省略するようにしても良い。
【0044】
[燃料カット制御]
図8の燃料カット制御ルーチンは、車両が減速状態(スロットル全閉、且つ、エンジン回転速度が燃料カット回転速度以上)のときに、全ての気筒の燃料噴射をカットする全気筒燃料カット(単に「燃料カット」という)を実施するルーチンであり、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう燃料カット制御手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ401で、スロットルバルブ15の全閉を検出するアイドルスイッチ(図示せず)から出力されるアイドル信号がオン(スロットル全閉状態)か否かを判定する。もし、アイドル信号がオフであれば、スロットルバルブ15が開かれていると判断して、ステップ409に進み、燃料カットフラグXFCを、燃料カット復帰を意味する「0」にリセットして、本ルーチンを終了する。
【0045】
一方、アイドル信号がオン(スロットル全閉状態)と判定されたときには、ステップ402に進み、エンジン回転速度Neが燃料カット回転速度NeFC以上か否かを判定する。この燃料カット回転速度NeFCは、後述するステップ407で検出された前回の燃料カット終了直後の最大エンジン回転速度NeMAXに補正係数K1 を加算して算出される。もし、アイドル信号がオン(スロットル全閉状態)で、且つ、エンジン回転速度Neが燃料カット回転速度NeFC以上であれば、ステップ403に進み、燃料カットフラグXFCを、燃料カット実行を意味する「1」にセットして、本ルーチンを終了する。
【0046】
その後、燃料カットによってエンジン回転速度Neが低下して燃料カット回転速度NeFCより低回転になったときに、ステップ402からステップ404に進み、エンジン回転速度Neが燃料カット復帰回転速度NeFCR以上か否かを判定する。エンジン回転速度Neが燃料カット復帰回転速度NeFCR以下に低下するまでの期間は、ステップ405に進み、燃料カット中(燃料カットフラグXFC=1)か否かを判定し、燃料カット中であれば、ステップ403に進み、燃料カットフラグXFCを「1」にセットしたまま本ルーチンを終了する。
【0047】
その後、エンジン回転速度Neが燃料カット復帰回転速度NeFCR以下に低下したときに、ステップ404からステップ409に進み、燃料カットフラグXFCを「0」にリセットして燃料カットを終了し、燃料噴射を再開する。燃料噴射を再開すると、エンジン回転速度Neが上昇して燃料カット復帰回転速度NeFCR以上となるため、次回の処理時に、ステップ404で「Yes」と判定されてステップ405に進むが、この場合、燃料カット中でないため、ステップ405で「No」と判定されてステップ406に進む。
【0048】
このステップ406で、車速センサ(図示せず)からの車速信号に基づいて車速が増加しているか否を判定する。アイドル信号がオン(スロットル全閉状態)であるにも拘らず、車速が増加していれば、車両が下り坂を走行していると判断し、車速が増加していなければ、車両が平坦路を走行していると判断する。
【0049】
車速が増加していない場合(平坦路を走行している場合)は、ステップ407に進み、燃料カット終了直後の最大エンジン回転速度NeMAXを検出する。この後、ステップ408に進み、この最大エンジン回転速度NeMAXをバックアップRAM33に記憶して、ステップ409に進み、燃料カットフラグXFCを「0」にリセットしたまま、本ルーチンを終了する。これにより、次回の処理時には、バックアップRAM33内に記憶された前回の燃料カット終了直後の最大エンジン回転速度NeMAXに基づいて設定された燃料カット回転速度NeFCが用いられる。
【0050】
一方、上記ステップ406で、車速が増加状態にあり、車両が下り坂を走行していると判断した場合は、ステップ407、408の処理を行うことなく、ステップ409に進み、燃料カットフラグXFCを「0」にリセットしたまま、本ルーチンを終了する。
【0051】
[減筒運転制御]
図9及び図10の減筒運転制御ルーチンは、トラクション制御のためのトルク制御を行うために、所定の運転条件で一部の気筒への燃料供給を休止して残りの気筒でエンジン11を運転する減筒運転を実施するルーチンである。本ルーチンは、各気筒の吸気行程に同期して実行され、特許請求の範囲でいう減筒運転制御手段に相当する役割を果たす。
【0052】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ501で、減速時や最高速、過回転防止などによる全気筒燃料カット要求が発生しているか否かを判定し、全気筒燃料カット要求が発生していなければ、ステップ503に進み、図11のテーブルを用いて、休止気筒判別カウンタCinj2の値を減筒運転実行値FCLBに変換する。尚、休止気筒判別カウンタCinj2は、減筒運転中に燃料噴射をカットする休止気筒を判別するためのカウンタであり、後述するステップ519でインクリメントされる。
【0053】
そして、次のステップ504で、トラクション制御用ルーチン(図示せず)で算出されたエンジントルク低減率TRに基づいて要求休止気筒数FCLを次式により算出する。
FCL=12×TR/100
【0054】
この後、ステップ505に進み、要求休止気筒数FCLが1以上であるか否かを判定し、1以上であれば、ステップ506に進み、減筒運転フラグXPFCを減筒運転実行を意味する「1」にセットしてステップ508に進む。一方、要求休止気筒数FCLが1未満である場合は、ステップ507に進み、減筒運転フラグXPFCを、減筒運転解除を意味する「0」にリセットしてステップ508に進む。
【0055】
このステップ508では、要求休止気筒数FCLが上記ステップ503で算出した減筒運転実行値FCLB以上であるか否かを判定する。例えば、要求休止気筒数FCLが「4」の場合、図11のテーブルに示すように、休止気筒判別カウンタCinj2の値が「1」,「4」,「7」,「10」のときに、それぞれ減筒運転実行値FCLBが「1」,「3」,「2」,「4」となり、FCL≧FCLBの関係が成立する。もし、FCL≧FCLBであれば、休止気筒の燃料噴射処理(ステップ509〜512)をカットしてステップ502に進み、気筒毎のF/C回数カウンタCFC#(ここで、#は気筒No.を意味し、後述する気筒判別カウンタCinj の値が用いられる)をインクリメントした後、ステップ513に進む。
【0056】
一方、ステップ508で、FCL<FCLBと判定された場合は、ステップ509以降の燃料噴射処理を次のようにして実施する。まず、ステップ509で、図12のテーブルを用いて、気筒毎のF/C回数カウンタCFC#に応じてF/C補正量TFCを算出した後、ステップ510に進み、気筒毎のF/C回数カウンタCFC#を「0」にクリアする。この後、ステップ511に進み、燃料噴射量TAUにバッテリ電圧補正量TBとF/C補正量TFCを加算して最終噴射時間Tinj を算出する。
Tinj =TAU+TB+TFC
【0057】
この後、ステップ512に進み、最終噴射時間Tinj に応じたパルス幅の噴射信号を燃料噴射弁20へ出力して燃料を噴射する。
この後、ステップ513に進み、次に本ルーチンを実行する噴射開始時期を次式により算出して、噴射開始時期レジスタにセットする。
ここで、θIN:次の噴射開始気筒の吸気開始クランク角
θn :現在のクランク角
ti :燃料噴射弁20の噴霧到達時間(例えば2ms)
【0059】
この後、図10のステップ514に進み、まず、ステップ514〜516で、気筒判別カウンタCinj を1〜6の範囲でインクリメントした後、続くステップ517〜519で、休止気筒判別カウンタCinj2を1〜12の範囲でインクリメントして、本ルーチンを終了する。
これにより、エンジントルク低減率TRに基づいて算出された要求休止気筒数FCL分の気筒の燃料噴射をカットして減筒運転を実施する。
【0061】
一方、図9のステップ501で、全気筒燃料カット要求有りと判定されている期間中は、毎回、ステップ501→ステップ502→ステップ513と進み、全気筒に対して燃料カットを実施する。
【0062】
以上説明した本実施形態によれば、吸入空気量(排出ガス流量)が少ないときは、リッチスパイク制御を実施しても、NOx触媒24の吸蔵NOxを十分に還元浄化することができないことを考慮して、アイドル運転、減速運転、低回転・低負荷運転などの吸入空気量が少ない運転状態のときにリッチスパイク制御を禁止するようにしたので、リッチスパイク制御によって得られるNOx浄化効果が少ないときには、仮に、他のリッチスパイク制御実施条件が成立しても、リッチスパイク制御が実施せずに済み、リッチスパイク制御によるトルク変動、排気エミッション悪化、燃費悪化等の悪影響を回避することができる。しかも、NOx触媒24で吸蔵NOxを効率良く還元浄化できる運転状態のときのみに、リッチスパイク制御が実施されるため、リッチスパイク制御によるNOx浄化効果も高めることができる。
【0063】
また、燃料カット中は、リッチスパイク制御の実施指令が出されても、実際にリッチスパイク制御を実施することはできない。また、燃料カット終了直後、つまり、燃料噴射再開直後は、燃焼状態が十分に安定していないため、この時期にリッチスパイク制御を実施すると、燃焼状態が不安定になってドライバビリティや排気エミッションが悪化するおそれがある。
【0064】
このような事情を考慮して、本実施形態では、燃料カット中及び燃料カット終了から所定期間、リッチスパイク制御を禁止するようにしたので、燃料カット中に、無駄なリッチスパイク制御の実施指令を出力することを防止できると共に、燃料カット終了直後の燃焼状態が安定しない時期にリッチスパイク制御を行うことを防止できて、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を防止することができる。
【0065】
更に、本実施形態では、減筒運転中は、リッチスパイク制御を実施しても、NOx触媒24に流れる排出ガスの空燃比が十分にリッチにならず、NOxを十分に還元浄化することができないことを考慮して、減筒運転中に、リッチスパイク制御を禁止するようにしたので、吸蔵NOxを十分に還元浄化することができない減筒運転中にも無駄なリッチスパイク制御を行うことを防止することができ、リッチスパイク制御を効率良く実施することができる。
尚、本発明は、減筒運転を実施しないシステムに適用しても良く、この場合、図7のステップ305の処理を省略すれば良い。
【0067】
また、本実施形態では、リッチスパイク禁止条件が成立している期間中(リッチスパイク制御禁止期間中)に、他のリッチスパイク制御実行条件が成立してもリッチスパイク制御が実施されない。この場合、リッチスパイク禁止条件が不成立となってリッチスパイク制御の禁止が解除された時点で、再度、他のリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判定し、他のリッチスパイク制御実行条件が成立していれば、リッチスパイク制御を実施するようにしても良い。或は、リッチスパイク禁止条件が成立している期間中に、他のリッチスパイク制御実行条件が成立したときは、リッチスパイク制御の実施を遅延させ、リッチスパイク禁止条件が不成立となってリッチスパイク制御の禁止が解除された時点、又は、リッチスパイク禁止条件が不成立となるのに十分な時間が経過した時点で、リッチスパイク制御を実施するようにしても良い。
【0068】
その他、本発明は、リーンバーンエンジン以外に、筒内噴射エンジン等、リッチスパイク制御によって吸蔵NOxを還元浄化する必要がある触媒を備えたエンジンに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図2】燃料噴射量設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図3】目標空燃比設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図4】リッチ運転時間TRの算出マップを概念的に示す図
【図5】目標空燃比AFTGの算出マップを概念的に示す図
【図6】空燃比と周期カウンタの挙動を示すタイムチャート
【図7】リッチスパイク禁止ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図8】燃料カット制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図9】減筒運転制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート(その1)
【図10】減筒運転制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート(その2)
【図11】休止気筒判別カウンタCinj2と減筒運転実行値FCLBのテーブルを概念的に示す図
【図12】F/C回数カウンタCFC#とF/C補正量TFCのテーブルを概念的に示す図
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、20…燃料噴射弁、23…排気管(排気通路)、24…NOx触媒、25…空燃比センサ、29…ECU(リッチスパイク禁止手段,燃料カット制御手段,減筒運転制御手段)。
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に設けた触媒に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化するために、内燃機関のリーン運転中に空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排出ガス浄化制御装置において、
前記触媒に吸蔵した窒素酸化物を十分に還元浄化できない運転状態のときに前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延するリッチスパイク禁止手段を備え、
前記リッチスパイク禁止手段は、アイドル運転時に前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化制御装置。 - 内燃機関の排気通路に設けた触媒に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化するために、内燃機関のリーン運転中に空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排出ガス浄化制御装置において、
前記触媒に吸蔵した窒素酸化物を十分に還元浄化できない運転状態のときに前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延するリッチスパイク禁止手段を備え、
前記リッチスパイク禁止手段は、減速運転時に前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化制御装置。 - 内燃機関の排気通路に設けた触媒に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化するために、内燃機関のリーン運転中に空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排出ガス浄化制御装置において、
前記触媒に吸蔵した窒素酸化物を十分に還元浄化できない運転状態のときに前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延するリッチスパイク禁止手段を備え、
前記リッチスパイク禁止手段は、低回転・低負荷運転時に前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化制御装置。 - 内燃機関の排気通路に設けた触媒に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化するために、内燃機関のリーン運転中に空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排出ガス浄化制御装置において、
前記触媒に吸蔵した窒素酸化物を十分に還元浄化できない運転状態のときに前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延するリッチスパイク禁止手段と、
所定の運転条件で一部の気筒への燃料供給を休止して残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を実施する減筒運転制御手段とを備え、
前記リッチスパイク禁止手段は、前記減筒運転時に前記リッチスパイク制御を禁止又は遅延し、リーン運転を継続することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化制御装置。
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