JP4883319B2 - Exhaust gas purification device for in-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for in-cylinder internal combustion engine Download PDF

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Description

本発明は、筒内噴射型内燃機関に関し、特に始動時における排気浄化技術に関する。   The present invention relates to an in-cylinder injection internal combustion engine, and more particularly to an exhaust purification technology at the time of starting.

多気筒の筒内噴射型内燃機関において、冷態始動時における排気浄化触媒の活性化を図るために、機関始動後に圧縮スライトリーン運転を実施するものが知られている。
圧縮スライトリーン運転は、圧縮行程において燃焼空燃比が理論空燃比よりややリーンとなるように燃料を噴射することで、筒内で成層燃焼が形成される。そして、燃料噴射時期及び点火時期を適宜制御することで、噴射した燃料を点火プラグの電極付近に集中させて局部的に空燃比をリッチとする。これにより不完全燃焼が生起されて一酸化炭素(CO)が多く発生する一方、局部的にリッチとなる領域以外では余剰酸素(O2)が多く存在することになり、このCOとO2とが同時に排気通路に排出される。そして、このCOとO2とが共に排気通路を経て排気浄化触媒に達すると、触媒の作用によって酸化反応を起こし、当該反応熱により排気浄化触媒が昇温する。
In a multi-cylinder in-cylinder injection internal combustion engine, in order to activate an exhaust purification catalyst at the time of cold start, one that performs a compression sleek lean operation after engine startup is known.
In the compression-slight lean operation, stratified combustion is formed in the cylinder by injecting fuel so that the combustion air-fuel ratio is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the compression stroke. Then, by appropriately controlling the fuel injection timing and the ignition timing, the injected fuel is concentrated in the vicinity of the electrode of the spark plug to locally enrich the air-fuel ratio. While thereby generating much is occurring incomplete combustion of carbon monoxide (CO), locally will exist many excess oxygen (O 2) in a region other than the region to be rich, and the CO and O 2 Are simultaneously discharged to the exhaust passage. When both CO and O 2 reach the exhaust purification catalyst through the exhaust passage, an oxidation reaction is caused by the action of the catalyst, and the temperature of the exhaust purification catalyst is raised by the reaction heat.

また、触媒温度を上昇させる方法として、リッチリーン運転が知られている。リッチリーン運転は、多気筒の内燃機関に採用可能であって、一部の気筒の空燃比をリッチにすることで排気温度を上昇させるとともに余剰燃料(HC)を排気通路に排出させる一方、その他の気筒をリーンにすることで排気通路にO2を多く排出させる。そして、このHCとO2とが排気浄化触媒に達すると、触媒の作用によって酸化反応を起こし、当該反応熱により排気浄化触媒が昇温する(特許文献1)。
特許第3627561号公報
Further, rich lean operation is known as a method for increasing the catalyst temperature. The rich lean operation is applicable to a multi-cylinder internal combustion engine, and increases the exhaust temperature by exhausting excess fuel (HC) to the exhaust passage by making the air-fuel ratio of some cylinders rich, while others By making the cylinder of the cylinder lean, a large amount of O 2 is discharged into the exhaust passage. When HC and O 2 reach the exhaust purification catalyst, an oxidation reaction is caused by the action of the catalyst, and the temperature of the exhaust purification catalyst is raised by the reaction heat (Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3627561

しかしながら、上記の圧縮スライトリーン運転では、燃焼空燃比がリーンに設定されことからHCの排出は抑制されるものの、燃料噴射量の増加が制約されるので、その昇温効果は限られてしまう。
一方、上記のリッチリーン運転では、冷態始動直後に排気浄化触媒の温度が大幅に低下している場合には、HCが供給されても、むしろそのHCにより排気浄化触媒が冷却されてしまい、酸化反応が十分に行われず、HCが排気浄化触媒より下流に流出してしまう虞がある。
However, in the above-described compression-slight lean operation, although the combustion air-fuel ratio is set to lean, the HC emission is suppressed, but the increase in the fuel injection amount is restricted, so that the temperature rise effect is limited.
On the other hand, in the rich lean operation described above, when the temperature of the exhaust purification catalyst has dropped significantly immediately after the cold start, even if HC is supplied, the exhaust purification catalyst is rather cooled by the HC, There is a possibility that the oxidation reaction is not sufficiently performed and HC flows out downstream of the exhaust purification catalyst.

本発明はこのような問題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、冷態始動時においてHCの流出を抑制しつつ排気浄化触媒を迅速に活性可能な筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an in-cylinder injection type internal combustion engine that can quickly activate an exhaust purification catalyst while suppressing the outflow of HC during cold start. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、多気筒の筒内噴射型内燃機関の排気通路に設けられ、理論空燃比近傍の雰囲気下で排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒と、機関始動直後の所定期間では、圧縮行程において燃焼空燃比が理論空燃比近傍のリーンとなるように筒内に燃料を噴射する圧縮スライトリーン運転を実施し、所定期間後では、一部の気筒は吸気行程において燃焼空燃比がリッチとなるように筒内に燃料を噴射するリッチ運転を実施する一方、他の気筒は圧縮スライトリーン運転を継続する、リッチリーン運転を実施する運転制御手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention of claim 1 is provided in an exhaust passage of a multi-cylinder in-cylinder injection internal combustion engine, and purifies harmful components in exhaust under an atmosphere near the stoichiometric air-fuel ratio. In a predetermined period immediately after the start of the engine and the engine, a compression light lean operation is performed in which fuel is injected into the cylinder so that the combustion air-fuel ratio becomes lean in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio in the compression stroke. The cylinders of the engine perform a rich operation in which fuel is injected into the cylinder so that the combustion air-fuel ratio becomes rich in the intake stroke, while the other cylinders continue the compression slur lean operation, and the operation control means for performing the rich lean operation And.

また請求項2の発明では、請求項1において、運転制御手段におけるリッチリーン運転時に燃焼空燃比をリッチにする一部の気筒の点火時期をリタードする点火時期制御手段を更に備えたことを特徴とする。
また請求項3の発明では、請求項2において、運転制御手段は、更に、リッチリーン運転において、全気筒の全体空燃比が理論空燃比近傍となるように、各気筒の筒内への燃料噴射量を制御することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, there is further provided an ignition timing control means for retarding the ignition timing of a part of the cylinders that makes the combustion air-fuel ratio rich during the rich lean operation in the operation control means. To do.
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the operation control means further injects fuel into the cylinder of each cylinder so that the overall air-fuel ratio of all the cylinders is close to the theoretical air-fuel ratio in the rich lean operation. It is characterized by controlling the amount.

本発明の請求項1の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、機関始動直後の所定時間では、圧縮スライトリーン運転が行なわれるので、排気温度が上昇するとともに、排気浄化触媒へ一酸化炭素が供給されそこで酸化反応することで、触媒温度を上昇させることができる。また、圧縮スライトリーン運転では、燃焼空燃比が理論空燃比に近いリーンであるので、HCの発生を抑制することができる。そして、機関始動から所定時間が経過した後は、一部の気筒でリッチ運転を行うので、余剰燃料であるHCが排気浄化触媒に供給される。この時点では、圧縮スライトリーン運転により排気浄化触媒の温度は若干上昇しているので、HCが供給されることで、酸化反応が確実に行われ、触媒温度を大幅に上昇させることができる。したがって、冷態始動時であっても、HCの流出を抑制しつつ、排気浄化触媒の迅速な活性化を図ることができる。   According to the exhaust gas purification apparatus for a direct injection internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, the compression light lean operation is performed for a predetermined time immediately after the engine is started. The catalyst temperature can be raised by supplying carbon oxide and performing an oxidation reaction there. Further, in the compression slur lean operation, since the combustion air-fuel ratio is lean near the stoichiometric air-fuel ratio, generation of HC can be suppressed. Then, after a predetermined time has elapsed from the start of the engine, a rich operation is performed in some of the cylinders, so that excess fuel HC is supplied to the exhaust purification catalyst. At this point in time, the temperature of the exhaust purification catalyst has slightly increased due to the compression-slight lean operation, and therefore, by supplying HC, the oxidation reaction is reliably performed and the catalyst temperature can be significantly increased. Therefore, even at the time of cold start, the exhaust purification catalyst can be activated quickly while suppressing the outflow of HC.

本発明の請求項2の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチリーン運転時において燃焼空燃比をリッチにする気筒の点火時期をリタードするので、燃焼安定性を確保しつつ空気量を増大させることができ、したがって排気流量が増加して触媒温度をより迅速に上昇させることができる。
本発明の請求項3の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチリーン運転時において、全気筒の全体空燃比が理論空燃比近傍となるので、排気浄化触媒における排気浄化効率を十分に確保することができる。
According to the exhaust gas purification apparatus for a cylinder injection internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, the ignition timing of the cylinder that makes the combustion air-fuel ratio rich at the time of rich lean operation is retarded, so that air stability is ensured while ensuring combustion stability. The amount can be increased and therefore the exhaust flow rate can be increased to raise the catalyst temperature more quickly.
According to the exhaust gas purification apparatus for a cylinder injection internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, the exhaust air purifying efficiency of the exhaust gas purifying catalyst is increased because the overall air fuel ratio of all the cylinders is close to the theoretical air fuel ratio during the rich lean operation. It can be secured sufficiently.

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係る多気筒のエンジン(筒内噴射型内燃機関)1の概略構成図である。
図1に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、これにより、燃焼室8内に燃料を直接噴射可能とされている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a multi-cylinder engine (in-cylinder injection internal combustion engine) 1 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the cylinder head 2 of the engine 1 is provided with an electromagnetic fuel injection valve 6 together with a spark plug 4 for each cylinder, so that fuel can be directly injected into the combustion chamber 8. It is said that.

燃料噴射弁6には、燃料パイプを介して燃料タンクを備えた燃料供給装置(図示せず)が接続されている。詳しくは、燃料供給装置は、燃料ポンプを備えており、この燃料ポンプにより、燃料タンク内の燃料を加圧して燃料噴射弁6に供給する。
シリンダヘッド2には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド10の他端にはスロットル弁11が接続されており、該スロットル弁11にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ11aが設けられている。
A fuel supply device (not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 6 via a fuel pipe. Specifically, the fuel supply device includes a fuel pump. The fuel pump pressurizes the fuel in the fuel tank and supplies the pressurized fuel to the fuel injection valve 6.
An intake port is formed in the cylinder head 2 in a substantially upright direction for each cylinder, and one end of an intake manifold 10 is connected so as to communicate with each intake port. A throttle valve 11 is connected to the other end of the intake manifold 10, and the throttle valve 11 is provided with a throttle sensor 11a for detecting the throttle opening.

また、シリンダヘッド2には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド12の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド12の他端には、排気管20が接続されており、この排気管20には排気浄化触媒30を介してマフラー(図示せず)が接続されている。
排気浄化触媒30は、排気中のNOxをHC存在下で選択的に浄化する選択還元型NOx触媒(以下、NOx触媒という)30aと、理論空燃比下で排気中のNOx、HC及びCOを酸化還元反応させて無害物質に浄化する三元触媒30bとの2つの触媒を備えて構成されており、三元触媒30bがNOx触媒30aよりも下流側に配設されている。
Further, an exhaust port is formed in the cylinder head 2 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and one end of the exhaust manifold 12 is connected so as to communicate with each exhaust port. An exhaust pipe 20 is connected to the other end of the exhaust manifold 12, and a muffler (not shown) is connected to the exhaust pipe 20 via an exhaust purification catalyst 30.
The exhaust purification catalyst 30 is a selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as NOx catalyst) 30a that selectively purifies NOx in exhaust in the presence of HC, and oxidizes NOx, HC, and CO in exhaust under a stoichiometric air-fuel ratio. The three-way catalyst 30b, which is reduced to a harmless substance and purified to be harmless, is provided, and the three-way catalyst 30b is disposed downstream of the NOx catalyst 30a.

排気浄化触媒30の下流側には排気浄化触媒30を通った排気の温度を、排気浄化触媒装置30の触媒温度として検出する排気温センサ32が設けられている。
エンジン1には、クランク角を検出するクランク角センサ13及びエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ14が設けられている。
ECU(電子コントロールユニット)40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。また、ECU40には、タイマカウンタが設けられており、始動後の経過時間を計測する機能を有している。
An exhaust temperature sensor 32 that detects the temperature of the exhaust gas that has passed through the exhaust purification catalyst 30 as the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst device 30 is provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst 30.
The engine 1 is provided with a crank angle sensor 13 for detecting a crank angle and a water temperature sensor 14 for detecting the temperature of engine cooling water.
The ECU (electronic control unit) 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), and the like. Further, the ECU 40 is provided with a timer counter and has a function of measuring an elapsed time after starting.

ECU40の入力側には、上述したスロットルセンサ11a、クランク角センサ13、水温センサ14及び排気温センサ32の他に、図示しない空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ECU40の出力側には、燃料噴射弁6や点火コイル9を介して点火プラグ4等の各種出力デバイスが接続されている。ECU40は、スロットルセンサ11a等の各種センサ類からの検出情報に基づき、目標燃焼空燃比を実現する燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を例えばマップから読み出すことで演算して、各種出力デバイスを制御する。
また、ECU40(運転制御手段)は、上記スロットルセンサ11a等の各種センサ類からの検出情報に基づいて設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期によって運転する通常運転の他に、圧縮スライトリーン運転及びリッチリーン運転が実現可能となっている。
In addition to the throttle sensor 11a, the crank angle sensor 13, the water temperature sensor 14, and the exhaust temperature sensor 32 described above, various sensors such as an air-fuel ratio sensor (not shown) are connected to the input side of the ECU 40. Detection information is input.
On the other hand, various output devices such as a spark plug 4 are connected to the output side of the ECU 40 via a fuel injection valve 6 and an ignition coil 9. Based on detection information from various sensors such as the throttle sensor 11a, the ECU 40 calculates a fuel injection amount, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like that realize the target combustion air-fuel ratio from, for example, a map and outputs various output devices. To control.
Further, the ECU 40 (operation control means) is not only a normal operation that operates based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set based on detection information from various sensors such as the throttle sensor 11a, but also a compression slightly. Operation and rich lean operation are possible.

圧縮スライトリーン運転は、燃焼空燃比が理論空燃比よりややリーンとなるように燃料噴射量を設定した上で、圧縮行程で燃料を噴射する。
リッチリーン運転は、一部の気筒(例えば4気筒エンジンであれば、2番、3番気筒)を燃焼空燃比がリッチ(例えば空燃比13.5)となるように、他の気筒(例えば1番、4番気筒)を燃焼空燃比がリーン(例えば空燃比15.5)となるように燃料噴射量を設定する。更に、このリーンに設定する気筒は、上記圧縮スライトリーン運転を採用する。また、本実施形態では、圧縮スライトリーン運転時には、全気筒の全体空燃比(排気マニホールド12の集合部での空燃比)を理論空燃比に設定するとともに、点火時期をリタードする(点火時期制御手段)。なお、本実施形態ではリッチリーン運転におけるリッチ気筒とリーン気筒とを同数にしているが、これに限定するものではなく、少なくとも夫々1つずつあればよい。
In the compression-slight lean operation, the fuel injection amount is set so that the combustion air-fuel ratio is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and then fuel is injected in the compression stroke.
In the rich lean operation, some cylinders (for example, the second and third cylinders in the case of a four-cylinder engine) are set to other cylinders (for example, 1 to 1) so that the combustion air-fuel ratio becomes rich (for example, air-fuel ratio 13.5). The fuel injection amount is set so that the combustion air-fuel ratio of the second and fourth cylinders becomes lean (for example, air-fuel ratio 15.5). Further, the cylinder set to the lean employs the above-described compression / slight lean operation. Further, in the present embodiment, during the compression / slight lean operation, the overall air-fuel ratio of all the cylinders (the air-fuel ratio at the collecting portion of the exhaust manifold 12) is set to the stoichiometric air-fuel ratio, and the ignition timing is retarded (ignition timing control means). ). In the present embodiment, the same number of rich cylinders and lean cylinders are used in the rich lean operation. However, the present invention is not limited to this, and at least one each is sufficient.

図2は、始動時における運転モードの選択要領を示すフローチャートである。
本ルーチンはエンジン運転中、繰り返し行われる。
ステップS10では、タイマカウンタから始動後経過時間Tを入力し、これが所定時間B内であるか否かを判別する。始動後経過時間Tが所定時間B内(T≦B)である場合は、ステップS20に進む。所定時間Bは、圧縮スライトリーン運転及びリッチリーン運転の両方の設定実施時間であって、冷態始動時において排気浄化触媒30での浄化効率が十分に確保されるのに必要な時間に設定すればよい。
FIG. 2 is a flowchart showing how to select an operation mode at the time of starting.
This routine is repeated during engine operation.
In step S10, an elapsed time T after starting is input from the timer counter, and it is determined whether or not this is within a predetermined time B. If the elapsed time T after the start is within the predetermined time B (T ≦ B), the process proceeds to step S20. The predetermined time B is a setting execution time for both the compression-slight lean operation and the rich-lean operation, and is set to a time necessary for sufficiently ensuring the purification efficiency in the exhaust purification catalyst 30 at the time of cold start. That's fine.

ステップS20では、ステップS10でタイマカウンタから入力した始動後経過時間Tが、所定時間A(所定期間)内(T≦A)であるか否かを判別する。始動後経過時間Tが所定時間B内(T≦B)である場合は、ステップS30に進む。所定時間Aは、圧縮スライトリーン運転の設定実施時間であって、冷態始動時にリッチリーン運転により供給されたHCが排気浄化触媒30にて効率的に酸化される温度まで上昇するのに必要な時間に設定すればよい。   In step S20, it is determined whether or not the elapsed time T after start input from the timer counter in step S10 is within a predetermined time A (predetermined period) (T ≦ A). When the elapsed time T after the start is within the predetermined time B (T ≦ B), the process proceeds to step S30. The predetermined time A is a set execution time of the compression sleek lean operation, and is necessary for raising the HC supplied by the rich lean operation at the cold start to a temperature at which the exhaust purification catalyst 30 is efficiently oxidized. Set to time.

ステップS30では、圧縮スライトリーン運転を選択する。そして、本制御をリターンする。
ステップS20において、始動後経過時間Tが所定時間Aを経過した(T>A)と判定された場合は、ステップS40に進む。
ステップS40では、リッチリーン運転を選択する。
In step S30, the compression sleek lean operation is selected. Then, this control is returned.
If it is determined in step S20 that the elapsed time T after start has exceeded the predetermined time A (T> A), the process proceeds to step S40.
In step S40, rich lean operation is selected.

ステップS10において、始動後経過時間Tが所定時間Bを経過した(T>B)と判定された場合は、ステップS50に進む。
ステップS50では、通常運転を選択する。そして本ルーチンをリターンする。
次に、図3及び図4を用いて本実施形態の作用及び効果について説明する。
図3は、始動時における運転モード、燃料噴射(終了)時期、触媒温度、排気中のHC濃度及びCO濃度の推移を示すタイムチャートである。なお、図中実線が本実施形態を示し、破線が圧縮スライトリーン運転のみの場合を参考として示す。
If it is determined in step S10 that the elapsed time T after start has passed the predetermined time B (T> B), the process proceeds to step S50.
In step S50, normal operation is selected. Then, this routine is returned.
Next, operations and effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a time chart showing changes in operation mode, fuel injection (end) timing, catalyst temperature, HC concentration and CO concentration in exhaust gas at the time of start. In the figure, the solid line indicates the present embodiment, and the broken line indicates the case of only the compressed slline operation.

図3に示すように、始動から所定時間Aを経過するまでは圧縮スライトリーン運転を実施し、その後所定時間Bを経過するまではリッチ運転と圧縮スライトリーン運転とを実施する。燃料噴射(終了)時期は、圧縮スライトリーン運転時では圧縮行程で燃料噴射をするので遅角し、リッチリーン運転を開始するとリッチ運転の気筒では吸気行程で燃料噴射をすることから圧縮スライトリーン運転時での噴射時期よりは進角する。排気中のCO濃度は、圧縮スライトリーン運転開始から徐々に上昇し、リッチリーン運転開始から急増する。   As shown in FIG. 3, until the predetermined time A elapses from the start, the compression slick lean operation is performed, and thereafter, until the predetermined time B elapses, the rich operation and the compression slight lean operation are performed. The fuel injection (end) timing is retarded because fuel is injected during the compression stroke during the compression lean operation. When the rich lean operation is started, fuel is injected during the intake stroke in the rich operation cylinder. Advances ahead of the injection timing at the time. The CO concentration in the exhaust gas gradually rises from the start of the compression lean lean operation and rapidly increases from the start of the rich lean operation.

したがって、排気浄化触媒30の触媒温度は、排気中のCO濃度の上昇と同様に、圧縮スライトリーン運転開始から徐々に上昇し、リッチリーン運転開始から急上昇する。排気中のHC濃度は、始動直後は一時的に上昇するものの、以降の圧縮スライトリーン運転及びリッチリーン運転時には低く抑えられる。
図4は、リッチリーン運転時間に伴う触媒入口温度及び触媒温度の推移を示すグラフである。図4に示すように、触媒入口温度はリッチリーン運転時間の経過に伴い上昇する。そして、触媒温度は、触媒入口温度の上昇に伴って、更に排気浄化触媒30での酸化反応により上昇する。
Accordingly, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 30 gradually increases from the start of the compression slur lean operation and rapidly increases from the start of the rich lean operation, similarly to the increase in the CO concentration in the exhaust. Although the HC concentration in the exhaust gas temporarily increases immediately after the start, it is kept low during the subsequent compression slur lean operation and rich lean operation.
FIG. 4 is a graph showing changes in catalyst inlet temperature and catalyst temperature with rich lean operation time. As shown in FIG. 4, the catalyst inlet temperature rises as the rich lean operation time elapses. The catalyst temperature further rises due to the oxidation reaction at the exhaust purification catalyst 30 as the catalyst inlet temperature rises.

以上のように、本実施形態では、始動時に圧縮スライトリーン運転をするので、排気温度が上昇するとともに、触媒へCOが供給されそこでCOが酸化反応することで、触媒温度を上昇させることができる。また、圧縮スライトリーン運転では、筒内の空燃比が理論空燃比に近いリーンであるので、HCの発生を抑制することができる。
そして、経過時間Aが経過して触媒でのHCの酸化能力が確保された時点で、一部の気筒でリッチ運転が実施される。したがって、HCが触媒に供給され、HCの酸化によってより高い昇温効果が得られる。リッチリーン運転時では、全気筒の全体空燃比が理論空燃比に設定されているので、排気浄化触媒30(三元触媒30b)での排気浄化効率を最大限発揮させることができ、NOx、HC等の有害物質を効率よく除去することができる。また、リッチリーン運転時におけるリッチ気筒では点火リタードするので、空気量が増大し触媒温度を更に上昇させることができる。
As described above, in this embodiment, since the compression light lean operation is performed at the time of starting, the exhaust gas temperature is increased, and CO is supplied to the catalyst, and the CO is oxidized there, whereby the catalyst temperature can be increased. . Further, in the compression slur lean operation, since the air-fuel ratio in the cylinder is lean near the stoichiometric air-fuel ratio, generation of HC can be suppressed.
When the elapsed time A elapses and the HC oxidation capability of the catalyst is ensured, the rich operation is performed in some cylinders. Accordingly, HC is supplied to the catalyst, and a higher temperature raising effect is obtained by oxidation of HC. During the rich lean operation, the entire air-fuel ratio of all cylinders is set to the stoichiometric air-fuel ratio, so that the exhaust purification efficiency of the exhaust purification catalyst 30 (three-way catalyst 30b) can be maximized, and NOx, HC And other harmful substances can be efficiently removed. In addition, since the ignition is retarded in the rich cylinder during the rich lean operation, the amount of air is increased and the catalyst temperature can be further increased.

また、本実施形態では、リッチリーン運転時におけるリーン気筒では単純なリーン運転をするのではなく圧縮スライトリーン運転を継続させているので、圧縮スライトリーン運転からリッチリーン運転時に切り換えるタイミングが適正時期より早く、適正な温度に到達していない状態でリッチ気筒からHCが供給されたとしても、圧縮スライトリーン運転により排気浄化触媒30の昇温効果が継続して得られ、排気浄化触媒30でのHCの酸化反応を促すことができる。したがって、圧縮スライトリーン運転からリッチリーン運転への切り換えタイミングを正確にする必要がなく、切り換え制御の容易化を図ることができる。   Further, in the present embodiment, the lean cylinder during the rich lean operation does not perform the simple lean operation but continues the compression sleek lean operation. Even if HC is supplied from the rich cylinder quickly without reaching the appropriate temperature, the effect of increasing the temperature of the exhaust purification catalyst 30 is continuously obtained by the compression light lean operation, and the HC in the exhaust purification catalyst 30 is obtained. The oxidation reaction of can be promoted. Therefore, it is not necessary to make the switching timing from the compression lean lean operation to the rich lean operation accurate, and the switching control can be facilitated.

また、バルブタイミングを制御可能なエンジンに本発明を採用する場合には、上記の制御の他に、更に圧縮スライトリーン運転時にバルブオーバーラップを大きくするように制御するとよい。このようにバルブオーバーラップを大きくすることにより、体積効率が増加するので、排気温度が上昇して排気浄化触媒30をより迅速に活性化することができる。
また、バルブオーバーラップを大きくすることで内部EGRが増加するので、触媒温度が未だ低下している状態であっても、HCの排出を低下させることができる。なお、バルブオーバーラップは過度に拡大すると燃焼悪化して逆にHCの増加を招いてしまうので適宜制限する必要はある。また、バルブオーバーラップを拡大する際には、排気側を大きく(排気弁の閉弁タイミングを遅く)するとよい。吸気側の開弁タイミングを早くしてバルブオーバーラップを拡大する場合と比較すると、HCの排出量を抑制しつつ排気温度をより上昇させることができる。
In addition, when the present invention is adopted in an engine capable of controlling the valve timing, in addition to the above control, it is preferable to perform control so as to further increase the valve overlap during the compression / slight lean operation. By increasing the valve overlap in this manner, the volumetric efficiency is increased, so that the exhaust gas temperature rises and the exhaust purification catalyst 30 can be activated more rapidly.
Further, since the internal EGR is increased by increasing the valve overlap, it is possible to reduce the discharge of HC even when the catalyst temperature is still lowered. In addition, if the valve overlap is excessively enlarged, the combustion deteriorates and conversely causes an increase in HC. Further, when expanding the valve overlap, it is preferable to enlarge the exhaust side (slow the closing timing of the exhaust valve). Compared with the case where the valve overlap is increased by increasing the valve opening timing on the intake side, the exhaust temperature can be further increased while suppressing the HC emission amount.

なお、以上の実施形態では、運転モードの切り換えを始動後経過時間Tに基づいて行うが、排気浄化触媒30の温度(例えば排気温センサ32から入力した排気温)に基づいて切り換えてもよい。   In the above embodiment, the operation mode is switched based on the elapsed time T after starting, but may be switched based on the temperature of the exhaust purification catalyst 30 (for example, the exhaust temperature input from the exhaust temperature sensor 32).

本発明に係る筒内燃料噴射型エンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an in-cylinder fuel injection type engine according to the present invention. 本発明の実施形態に係るECUにおける運転モードの選択要領を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the selection point of the operation mode in ECU which concerns on embodiment of this invention. 始動時における運転モード、燃料噴射時期、触媒温度、排気中のHC濃度及び、CO濃度の推移を示すタイムチャートである。6 is a time chart showing changes in operation mode, fuel injection timing, catalyst temperature, HC concentration in exhaust, and CO concentration at start-up. リッチリーン運転時間の経過に伴う触媒入口温度及び触媒温度の推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition of the catalyst entrance temperature and catalyst temperature accompanying progress of rich lean operation time.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
4 三元触媒
6 燃料噴射弁
14 点火プラグ
40 ECU
1 Engine 4 Three-way catalyst 6 Fuel injection valve 14 Spark plug 40 ECU

Claims (3)

多気筒の筒内噴射型内燃機関の排気通路に設けられ、理論空燃比近傍の雰囲気下で排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒と、
機関始動直後の所定期間では、圧縮行程において燃焼空燃比が理論空燃比近傍のリーンとなるように筒内に燃料を噴射する圧縮スライトリーン運転を実施し、前記所定期間後では、一部の気筒を吸気行程において燃焼空燃比がリッチとなるように筒内に燃料を噴射するリッチ運転を実施する一方、他の気筒は前記圧縮スライトリーン運転を継続する、リッチリーン運転を実施する運転制御手段と、を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of a multi-cylinder in-cylinder internal combustion engine and purifies harmful components in exhaust under an atmosphere near the theoretical air-fuel ratio;
In a predetermined period immediately after the engine is started, a compression light lean operation is performed in which fuel is injected into the cylinder so that the combustion air-fuel ratio becomes lean in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio in the compression stroke. A rich operation in which fuel is injected into the cylinder so that the combustion air-fuel ratio becomes rich in the intake stroke, while the other cylinders continue the compression-slight lean operation, and operation control means for performing the rich lean operation ; An exhaust emission control device for a cylinder injection internal combustion engine.
前記運転制御手段におけるリッチリーン運転時に前記一部の気筒の点火時期をリタードする点火時期制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust emission control device for a direct injection internal combustion engine according to claim 1, further comprising ignition timing control means for retarding the ignition timing of the some cylinders during rich lean operation in the operation control means. 前記運転制御手段は、更に、前記リッチリーン運転において、全気筒の全体空燃比が理論空燃比近傍となるように、各気筒の筒内への燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項2に記載の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。   The operation control means further controls the amount of fuel injected into the cylinder of each cylinder so that the overall air-fuel ratio of all the cylinders is close to the theoretical air-fuel ratio in the rich-lean operation. 2. An exhaust emission control device for a cylinder injection internal combustion engine according to 2.
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