JPH1047042A - Emission control system - Google Patents

Emission control system

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JPH1047042A
JPH1047042A JP8205129A JP20512996A JPH1047042A JP H1047042 A JPH1047042 A JP H1047042A JP 8205129 A JP8205129 A JP 8205129A JP 20512996 A JP20512996 A JP 20512996A JP H1047042 A JPH1047042 A JP H1047042A
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JP
Japan
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catalyst
lean
temperature
exhaust gas
combustion
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Application number
JP8205129A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsunori Kaneko
勝典 金子
Kazuo Koga
一雄 古賀
Yoshiaki Kodama
嘉明 児玉
Daisuke Mitsuhayashi
大介 三林
Naohito Yamada
尚人 山田
Hironobu Sato
広信 佐藤
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently purify NOX in the wide operation region (in particular, an operation region by extra lean combustion) of a cylinder infection type internal combustion engine, in a emission control system to perform emission control of a cylinder injection type internal combustion engine to inject fuel directly in a combustion chamber. SOLUTION: A lean NOX catalyst 9 to purify mainly NOX is provided in a cylinder injection type internal combustion engine to inject fuel directly in a combustion chamber 1 and switching premixture lean combustion and layer- from lean combustion, and disposed in the exhaust passage 3 of an engine. The lean NOX catalyst 9 comprises a high temperature type lean NOX mainly bringing NOX under emission control and catalyst 9A having a high catalyst activation temperature area; and a low temperature type lean NOX catalyst 9B having a catalyst activation temperature area being lower than that of the catalyst 9A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する筒内噴射型内燃機関において排ガス浄化を
行なう排ガス浄化システムに関し、特に、リーン燃焼時
におけるNOX 浄化に用いて好適の、排ガス浄化システ
ムに関する。
The present invention relates to relates to an exhaust gas purification system for exhaust gas purification in-cylinder injection type internal combustion engine which directly injects fuel into a combustion chamber, in particular, suitable for use in the NO X purification during lean combustion, The present invention relates to an exhaust gas purification system.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、理論空燃比近傍でのストイキオ領
域での運転と理論空燃比よりもリーンな希薄領域での運
転とを切り替える従来の希薄燃焼内燃機関よりも、更に
広い空燃比領域、即ち、超希薄領域での運転も行なえる
ようにして、より一層の燃費向上を図る機関として、燃
焼室内に燃料を直接噴射する火花点火筒内噴射型内燃機
関が開発されている。
2. Description of the Related Art At present, the air-fuel ratio range is wider than that of a conventional lean burn internal combustion engine that switches between operation in a stoichiometric range near the stoichiometric air-fuel ratio and operation in a lean range leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. As an engine capable of operating in an ultra-lean region to further improve fuel efficiency, an in-cylinder spark ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber has been developed.

【0003】この筒内噴射型内燃機関におけるストイキ
オ領域での運転時の排ガス温度は、従来の希薄燃焼内燃
機関におけるストイキオ領域での運転時の排ガス温度と
同様に高くなるが、筒内噴射型内燃機関における超希薄
領域での運転時(超リーン燃焼運転時)の排ガス温度
は、従来の希薄燃焼内燃機関(リーンバーンエンジン)
における希薄領域での運転時の排ガス温度よりもさらに
低下するため、筒内噴射型内燃機関の排ガス温度の温度
領域は、従来の希薄燃焼内燃機関に対して広範な温度領
域になる。
[0003] The exhaust gas temperature during operation in the stoichiometric region of this in-cylinder injection type internal combustion engine becomes as high as the exhaust gas temperature during operation in the stoichiometric region of the conventional lean burn internal combustion engine. The exhaust gas temperature during operation in the ultra-lean region of the engine (during super-lean combustion operation) is the same as the conventional lean-burn internal combustion engine (lean burn engine).
Therefore, the temperature range of the exhaust gas temperature of the in-cylinder injection type internal combustion engine becomes wider than that of the conventional lean burn internal combustion engine because the exhaust gas temperature during operation in the lean region is further lowered.

【0004】ところで、上述のように筒内噴射型内燃機
関は、より一層の燃費向上を図るべく希薄領域での運転
域を広く設定する場合がある。一般に筒内噴射型内燃機
関はストイキオ運転を行なう場合は、予混合燃焼を実行
させるため、吸気行程中に燃料噴射を行ない、超リーン
運転を行なう場合は、層状燃焼を行なわせるため、圧縮
行程後期に燃料噴射を行なう。そして、圧縮後期噴射に
よる層状燃焼を行なう場合には、点火プラグ周辺への燃
料集中化によるスモーク発生の観点から、あまり高負荷
まで、層状燃焼領域を拡大することができない。そこで
上述の如くより一層の燃費向上を図るためには吸気行程
噴射を行なう予混合燃焼において空燃比をストイキオよ
りリーン側に設定することが要求される。即ち、筒内噴
射型内燃機関においては燃費向上を推進するためには予
混合燃焼領域の少なくとも一部における空燃比をストイ
キオよりリーンとし、予混合リーン燃焼運転と層状リー
ンとを運転状態に応じて切替え、リーン運転領域を拡大
することになる。ところで、予混合リーン燃焼時は一般
に層状リーン燃焼より高負荷側で空燃比が小さく設定さ
れるため、層状リーン燃焼時に比べ排気温度が高くなる
特性がある。そして、リーン燃焼を行なう場合には発生
するNOX をいかにして除去するかが従来からの課題と
なっている。リーン燃焼時のNOX 低減を図る技術とし
ては、特開平03−111636号でリーンNOX 触媒
を使用することが知られている。
[0004] As described above, the in-cylinder injection type internal combustion engine sometimes sets a wide operating range in a lean region in order to further improve fuel efficiency. In general, in a cylinder injection type internal combustion engine, when performing stoichiometric operation, fuel injection is performed during the intake stroke to perform premixed combustion, and when performing super-lean operation, stratified combustion is performed. Fuel injection. When the stratified combustion is performed by the late compression injection, the stratified combustion region cannot be expanded to a very high load from the viewpoint of smoke generation due to fuel concentration around the spark plug. Therefore, in order to further improve the fuel efficiency as described above, it is required to set the air-fuel ratio to a leaner side than the stoichiometric ratio in the premixed combustion in which the intake stroke injection is performed. That is, in the in-cylinder injection type internal combustion engine, in order to promote the improvement of fuel efficiency, the air-fuel ratio in at least a part of the premixed combustion region is made leaner than stoichiometric, and the premixed lean combustion operation and the stratified lean are performed according to the operation state. The switching and the lean operation area are expanded. By the way, during premixed lean combustion, the air-fuel ratio is generally set smaller on the higher load side than in stratified lean combustion, so that there is a characteristic that the exhaust gas temperature is higher than during stratified lean combustion. Then, when performing the lean combustion, how to remove the generated NO X has been a conventional problem. As a technique for reducing NO X during lean combustion, it is known in Japanese Patent Application Laid-Open No. H03-111636 to use a lean NO X catalyst.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このリ
ーンNOX 触媒は、触媒自体の触媒活性温度域(排ガス
浄化可能な温度域)が触媒として担持される各貴金属
(活性貴金属Pt,Ir等)の持つ活性温度の影響を受
け触媒としてはいずれも狭い触媒活性温度域となってし
まい、筒内噴射型内燃機関における広範な排ガス温度域
を十分にカバーすることができないという課題がある。
However, this lean NO X catalyst has a catalytically active temperature range (temperature range in which exhaust gas can be purified) of the catalyst itself which is supported by each noble metal (active noble metal Pt, Ir, etc.). All of the catalysts have a narrow catalyst activation temperature range under the influence of the activation temperature of the internal combustion engine, and there is a problem that it is not possible to sufficiently cover a wide exhaust gas temperature range in a direct injection internal combustion engine.

【0006】つまり、燃費をより向上させた筒内噴射型
内燃機関は、燃焼エネルギが少なく排ガス温度の低い超
希薄燃焼運転(即ち層状リーン運転)から、燃焼エネル
ギが多く排ガス温度が高くなる予混合リーン燃焼運転ま
で、広範なリーン空燃比領域が存在し、上述のようなリ
ーンNOX 触媒を、このように広範な排ガス温度雰囲気
で運転が行なわれる機関に適用した場合、この広範な空
燃比領域の全域(特に、超希薄領域)で十分にNOX
浄化できないという課題がある。
In other words, in the cylinder injection type internal combustion engine with further improved fuel efficiency, the premixing in which the combustion energy is large and the exhaust gas temperature is high is changed from the ultra-lean combustion operation (that is, the stratified lean operation) in which the combustion energy is small and the exhaust gas temperature is low. Until the lean combustion operation, there is a wide lean air-fuel ratio region. When the above-described lean NO X catalyst is applied to an engine that operates in such a wide exhaust gas temperature atmosphere, this wide air-fuel ratio region whole (especially, super lean region) there is a problem that can not be purified sufficiently nO X in.

【0007】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、筒内噴射型内燃機関における広範な運転領域
(特に、超希薄燃焼による運転領域)において十分にN
Xを浄化できるようにした、排ガス浄化システムを提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and has a sufficient N in a wide operating range of a direct injection internal combustion engine (particularly, an operating range by ultra-lean combustion).
The O X was set to be clean, and to provide an exhaust gas purification system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載
の本発明の排ガス浄化システムは、燃焼室内に直接燃料
を噴射し、予混合リーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り
換える筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気
通路内に配設され、主にNOx を浄化するリーンNOx
触媒を備え、上記リーンNOx 触媒が、触媒活性温度域
が高い高温型リーンNOx 触媒と、触媒活性温度域が該
高温型リーンNOx 触媒よりも低い低温型リーンNOx
触媒とから構成されていることを特徴としている。
According to the present invention, there is provided an exhaust gas purification system according to the present invention, in which a fuel is directly injected into a combustion chamber to switch between premixed lean combustion and stratified lean combustion. provided to the engine, is disposed in the exhaust passage of the engine, mainly lean purifying NO x NO x
Comprises a catalyst, the lean NO x catalyst, the catalytic activity and high-temperature type lean NO x catalyst temperature range is high, the catalyst activity temperature range the high-temperature lean NO x low low-temperature lean NO x of the catalyst
And a catalyst.

【0009】筒内噴射型内燃機関の排気温度特性を考慮
し、広範な運転領域でNOX 浄化を行なうには、高温型
リーンNOX 触媒の触媒活性温度域は約300〜550
℃程度、低温型リーンNOX 触媒の触媒活性温度域は1
50〜300℃程度とするのが好ましい。また、リーン
NOX 触媒には、酸素過剰域で触媒中の塩基製の吸着剤
にNOXを酸化して触媒上に吸着し、ストイキオ又はリ
ッチ空燃比で吸着したNOX を除去するNOX 吸蔵還元
型と、酸素過剰域のHC共存化触媒上においてNOX
選択的に還元するNOX 接触還元型とがあり、耐久性や
耐熱性の面から考えると、リーンNOX 触媒としてはN
X 接触還元型が好ましい。この場合、高温型リーンN
X 触媒は、活性金属としてイリジウム、銅、コバル
ト、銀の何れか一つを有する触媒で、低温型リーンNO
X 接触は、貴金属が白金、ロジウム、パラジウムから選
ばれた一つ又は複数から成る触媒であることが好まし
い。
[0009] Considering the exhaust temperature characteristics of a direct injection type internal combustion engine, to do NO X purification in a wide operating range, the catalyst activation temperature range of the high-temperature lean NO X catalyst is from about 300 to 550
℃ about, the catalyst activation temperature range of the low temperature lean NO X catalyst 1
It is preferable that the temperature be about 50 to 300 ° C. In addition, the lean NO X catalyst has a NO X storage that oxidizes NO X to a base adsorbent in the catalyst in an excess oxygen region and adsorbs the NO X on the catalyst to remove NO X adsorbed at a stoichiometric or rich air-fuel ratio. and reduction, the oxygen has a NO X catalytic reduction type to selectively reduce NO X in excess region of the HC coexistence of the catalyst, in view of durability and heat resistance of the surface, N is the a lean NO X catalyst
O X catalytic reduction type is preferable. In this case, the high-temperature lean N
O X catalyst is iridium as the active metal, copper, cobalt, the catalyst having one of silver, low temperature lean NO
The X contact is preferably a catalyst in which the noble metal is one or more selected from platinum, rhodium, and palladium.

【0010】請求項2記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リーン燃焼
と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内燃機関に
設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくと
も上記予混合リーン燃焼時に主にNOx を浄化するリー
ンNOx 触媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記
機関の吸気通路内に還流する排ガス還流手段とを備えた
ことを特徴としている。
The exhaust gas purification system according to the present invention is provided in an in-cylinder injection type internal combustion engine which directly injects fuel into a combustion chamber and switches between premixed lean combustion and stratified lean combustion. A lean NO x catalyst that is disposed in the passage and mainly purifies NO x during at least the premixed lean combustion; and an exhaust gas recirculation unit that recirculates exhaust gas into the intake passage of the engine during the stratified lean combustion. It is characterized by:

【0011】請求項3記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リーン燃焼
と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内燃機関に
設けられ、上記機関の排気通路内に配設され、少なくと
も上記予混合リーン燃焼時に主にNOx を浄化するリー
ンNOx 触媒と、上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記
機関の吸気通路内に還流する排ガス還流手段とを備え、
上記リーンNOx 触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンNOx 触媒と、該高温型リーンNOx 触媒の下流
に設けられ触媒活性温度域が該高温型リーンNOx 触媒
よりも低い低温型リーンNOx 触媒とから構成されてい
ることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying system provided in an in-cylinder injection type internal combustion engine which directly injects fuel into a combustion chamber and switches between premixed lean combustion and stratified lean combustion. disposed in the passage includes a lean NO x catalyst for purifying mainly NO x at least the premixed lean combustion, and exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gases during the stratified lean combustion into the intake passage of the engine,
It said lean NO x catalyst, and a catalyst activation temperature range is higher high-temperature lean NO x catalyst, lower low temperature than the catalyst activation temperature range is provided downstream of the high-temperature lean NO x catalyst is the high-temperature type lean NO x catalyst It is characterized in that it is composed of a lean NO x catalyst.

【0012】請求項4記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、請求項1〜3のいずれかに記載の構成において、
上記リーンNOx 触媒の温度を検出又は推定する検出手
段と、該検出手段により触媒温度低下が検出又は推定さ
れた場合に上記リーンNOx触媒を昇温させる昇温手段
とを備えたことを特徴としている。請求項5記載の本発
明の排ガス浄化システムは、請求項1〜4のいずれかに
記載の構成において、上記リーンNOx 触媒の上流の上
記排気通路外周に保温手段を設けたことを特徴としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying system according to any one of the first to third aspects.
Characterized by comprising detecting means for detecting or estimating the temperature of the lean NO x catalyst, and a Atsushi Nobori means for raising the temperature of the lean NO x catalyst when the catalyst temperature decrease is detected or estimated by said detection means And According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying system according to any one of the first to fourth aspects, wherein a heat retaining means is provided on an outer periphery of the exhaust passage upstream of the lean NO x catalyst. .

【0013】この保温手段としては、保温部材を取り付
ける構造や排気通路を2重管構造とするのが好ましい。
請求項6記載の本発明の排ガス浄化システムは、請求項
5記載の構成において、上記保温手段が、上記燃焼室近
傍の排気マニホールド周辺を除いて設けられていること
を特徴としている。
As the heat retaining means, it is preferable that the structure for attaching the heat retaining member and the exhaust passage have a double pipe structure.
According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying system according to the fifth aspect, the heat retaining means is provided except for the vicinity of the exhaust manifold near the combustion chamber.

【0014】請求項7記載の本発明の排ガス浄化システ
ムは、請求項1,3〜6のいずれかに記載の構成におい
て、上記高温型リーンNOx 触媒がイリジウム系触媒で
あり、上記低温型リーンNOx 触媒が白金系触媒である
ことを特徴としている。
[0014] exhaust gas purifying system of the present invention of claim 7, wherein, in the structure of any of claims 1,3~6, the high-temperature type lean NO x catalyst is iridium catalyst, the low temperature lean It is characterized in that the NO x catalyst is a platinum-based catalyst.

【0015】[0015]

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の一実施
形態としての排ガス浄化システムについて、図1〜図6
を参照しながら説明する。本排ガス浄化システムは、希
薄燃焼(リーンバーン)による全運転領域において十分
にNOX を浄化できるように触媒を構成した点、排ガス
中のNOX 浄化を効率的に行なうべくこのような構成を
有する触媒と排ガス還流手段を組み合わせた点、排ガス
中のNOX 浄化を確実に行なうべく触媒を活性温度まで
昇温させる昇温手段を設けた点、さらに排ガス温度の低
下を抑え触媒の浄化効率を向上させるべく保温手段を設
けた点に特徴がある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an exhaust gas purifying system according to an embodiment of the present invention; FIG.
This will be described with reference to FIG. The present exhaust gas purification system has a configuration in which a catalyst is configured to sufficiently purify NO X in the entire operation region by lean burn (lean burn), and has such a configuration in order to efficiently purify NO X in exhaust gas. that combines catalyst and the exhaust gas recirculation means, a point in which a heating means for catalyst warm to activation temperature to ensure the NO X purification in exhaust gas, improving the purification efficiency of the catalyst further suppressing a decrease in exhaust gas temperature It is characterized in that a heat retaining means is provided for the purpose.

【0016】このような排ガス浄化システムを備えた筒
内噴射型内燃機関の構成は、図1に示すようになってお
り、吸気,圧縮,膨張,排気の各行程を一作動サイクル
中にそなえる内燃機関、即ち4サイクルエンジンであっ
て、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射す
る筒内噴射エンジン(筒内噴射型内燃機関)として構成
されている。
FIG. 1 shows the configuration of a direct injection type internal combustion engine provided with such an exhaust gas purifying system. The internal combustion engine performs intake, compression, expansion and exhaust strokes in one operation cycle. The engine, that is, a four-cycle engine, is a spark ignition type, and is configured as a direct injection engine (direct injection internal combustion engine) that directly injects fuel into a combustion chamber.

【0017】燃焼室1には、吸気通路2および排気通路
3が連通しうるように接続されており、吸気通路2と燃
焼室1とは吸気弁4によって連通制御されるとともに、
排気通路3と燃焼室1とは排気弁5によって連通制御さ
れるようになっている。また、吸気通路2には、上流側
から順にエアクリーナ6およびスロットル弁7が設けら
れており、排気通路3には、その上流側から順に排出ガ
ス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ9
および図示しないマフラ (消音器)が設けられている。
なお、吸気通路2には、サージタンク2aが設けられて
いる。
An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the combustion chamber 1 so that they can communicate with each other. The communication between the intake passage 2 and the combustion chamber 1 is controlled by an intake valve 4.
The communication between the exhaust passage 3 and the combustion chamber 1 is controlled by an exhaust valve 5. The intake passage 2 is provided with an air cleaner 6 and a throttle valve 7 in order from the upstream side, and the exhaust passage 3 is provided with an exhaust gas purifying catalytic converter 9 as an exhaust gas purifying catalyst in order from the upstream side.
A muffler (muffler) not shown is provided.
Note that a surge tank 2a is provided in the intake passage 2.

【0018】また、排ガス還流手段としての排出ガス再
循環装置(以下、EGR装置という)10が配設されて
いる。つまり、吸気通路2のサージタンク2a部分と排
気通路3の上流側とを接続するように排気還流通路10
bが設けられており、この排気還流通路10bにはEG
Rバルブ10aが取り付けられている。そして、このE
GRバルブ10aによって、排気通路3から吸気通路2
への排出ガス(排気,排気ガス又は排ガスともいう)の
流量を制御できるようになっている。なお、EGRバル
ブ10aの制御はエンジンの運転状態に応じて行なわれ
るようになっている。
Further, an exhaust gas recirculation device (hereinafter, referred to as an EGR device) 10 as an exhaust gas recirculation means is provided. That is, the exhaust gas recirculation passage 10 is connected to connect the surge tank 2 a of the intake passage 2 and the upstream side of the exhaust passage 3.
b in the exhaust gas recirculation passage 10b.
An R valve 10a is attached. And this E
The GR valve 10a allows the exhaust passage 3 to move from the intake passage 2 to the intake passage 2.
It is possible to control the flow rate of exhaust gas (also referred to as exhaust gas, exhaust gas or exhaust gas). The control of the EGR valve 10a is performed according to the operating state of the engine.

【0019】このEGR装置は、特に、後述する後期噴
射モード時(層状燃焼によるリーン運転時)に排ガスを
吸気通路2内に還流するように制御される。なお、予混
合燃焼時には還流量が低減され、特に予混合リーン燃焼
時には排ガス還流量は0又は極めて少ない量とされる。
また、スロットル弁7は図示しないアクセルペダルの踏
込み量に応じて開度が変わり、これにより燃焼室1内に
導入される空気量が調整されるようになっている。更
に、16は、アイドルスピードコントロールバルブ(I
SCバルブ)であり、吸気通路2のスロットル弁設置部
分をバイパスするバイパス路16Aに設けられ、図示し
ないステッパモータによって開閉駆動され、主にスロッ
トル弁7全閉又は略全閉時におけるアイドル回転数を微
調整している。
The EGR device is controlled so that the exhaust gas is recirculated into the intake passage 2 in a later-described injection mode (lean operation by stratified combustion) described later. It should be noted that the recirculation amount is reduced during premixed combustion, and the exhaust gas recirculation amount is set to 0 or extremely small during premixed lean combustion.
The opening of the throttle valve 7 changes in accordance with the amount of depression of an accelerator pedal (not shown), whereby the amount of air introduced into the combustion chamber 1 is adjusted. Further, 16 is an idle speed control valve (I
SC valve), which is provided in a bypass passage 16A that bypasses a throttle valve installation portion of the intake passage 2 and is driven to open and close by a stepper motor (not shown), and mainly controls the idle speed when the throttle valve 7 is fully closed or substantially fully closed. Fine tune.

【0020】50はエアバイパスバルブ(ABV)であ
り、吸気通路2のスロットル弁7設置部分をバイパスす
るようにスロットル弁7の上流側の吸気通路2とサージ
タンク2aとを連通するバイパス路50Aに設けられ、
スロットル弁7とは別個に吸気量を調整して空燃比を調
整しうるものである。インジェクタ(燃料噴射弁)8は
気筒内の燃焼室1へ向けて燃料を直接噴射すべく、その
開口を燃焼室1に臨ませるように、配置されている。ま
た、当然ながら、このインジェクタ8は各気筒毎に設け
られており、例えば本実施形態のエンジンが直列4気筒
エンジンであるとすると、インジェクタ8は4個設けら
れていることになる。
Reference numeral 50 denotes an air bypass valve (ABV) which is connected to a bypass passage 50A which connects the intake passage 2 upstream of the throttle valve 7 and the surge tank 2a so as to bypass a portion of the intake passage 2 where the throttle valve 7 is provided. Provided,
The air-fuel ratio can be adjusted by adjusting the intake air amount separately from the throttle valve 7. The injector (fuel injection valve) 8 is arranged so that its opening faces the combustion chamber 1 so as to directly inject fuel toward the combustion chamber 1 in the cylinder. Naturally, the injectors 8 are provided for each cylinder. For example, if the engine of the present embodiment is an in-line four-cylinder engine, four injectors 8 are provided.

【0021】このような構成により、スロットル弁7の
開度に応じエアクリーナ6を通じて吸入された空気が吸
気弁4の開放により燃焼室1内に吸入され、この燃焼室
1内で、吸入された空気とインジェクタ8から直接噴射
された燃料とが混合され、燃焼室1内で点火プラグ35
を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せし
められて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室1
内から排出ガスとして排気通路3へ排出され、触媒コン
バータ(以下、単に触媒ともいう)9で排出ガス中のC
O,HC,NOx の3つの有害成分を浄化されてから、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。
With this configuration, the air sucked through the air cleaner 6 in accordance with the opening of the throttle valve 7 is sucked into the combustion chamber 1 by opening the intake valve 4, and the air sucked inside the combustion chamber 1 And the fuel directly injected from the injector 8 are mixed, and the ignition plug 35
Is ignited at an appropriate timing to cause combustion and generate engine torque.
The exhaust gas is exhausted from the inside to the exhaust passage 3, and a catalytic converter (hereinafter, also simply referred to as a catalyst) 9 emits C in the exhaust gas.
O, HC, since the purifying three harmful components NO x,
The sound is muted by the muffler and released to the atmosphere.

【0022】本エンジンについてさらに説明すると、こ
のエンジンは、吸気通路2から燃焼室1内に流入した吸
気流が縦渦(逆タンブル流)を形成するように構成さ
れ、燃焼室1内で、吸気流がこのような縦渦流を形成す
るので、この縦渦流を利用しながら例えば燃焼室1の頂
部中央に配設された点火プラグ35の近傍のみに燃料を
集めて、点火プラグ35から離隔した部分では極めてリ
ーンな空燃比状態(例えば空燃比30以上)とすること
ができ、点火プラグ35の近傍のみを理論空燃比とする
ことで、安定した層状リーン燃焼を実現しながら、燃料
消費を抑制することができる。この場合の最適な燃料噴
射のタイミングとしては、空気流動の弱い圧縮行程後期
である。
The engine will be further described. In this engine, the intake air flowing into the combustion chamber 1 from the intake passage 2 forms a vertical vortex (reverse tumble flow). Since the flow forms such a vertical vortex, the fuel is collected only in the vicinity of the spark plug 35 disposed at the center of the top of the combustion chamber 1 while utilizing the vertical vortex, and the fuel is collected at a portion separated from the spark plug 35. In this case, an extremely lean air-fuel ratio state (for example, an air-fuel ratio of 30 or more) can be obtained, and only the vicinity of the ignition plug 35 is set to the stoichiometric air-fuel ratio, thereby realizing stable stratified lean combustion and suppressing fuel consumption. be able to. The optimal fuel injection timing in this case is the latter half of the compression stroke in which the air flow is weak.

【0023】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、燃焼室1内全体を層状燃焼時よりも空燃比の小さ
い理論空燃比やリーン空燃比(例えば空燃比18〜24
程度)となる均一な混合気状態にさせて予混合燃焼を行
なえばよく、もちろん、燃焼室1内の空燃比を理論空燃
比にする方がリーン空燃比にするよりも高出力が得られ
るため、運転状態(例えば負荷や回転数)に応じて切り
換えている。これら予混合燃焼の場合にも、燃料の霧化
及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴
射を行なうことで、効率よく高出力を得ることができ
る。このような場合の最適な燃料噴射のタイミングとし
ては、吸気流を利用して燃料の霧化及び気化を促進でき
るように、吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終え
るように設定している。なお、燃焼室1内全体にリーン
空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行なう場合を
予混合リーン燃焼という。
When a high output is obtained from the engine, the entire combustion chamber 1 is stoichiometrically or leanly air-fuel ratio (for example, air-fuel ratio 18 to 24) having a smaller air-fuel ratio than that in the stratified combustion.
The premixed combustion may be performed with a uniform mixture state of about 1). Of course, a higher output can be obtained by setting the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber 1 to a stoichiometric air-fuel ratio than by setting the air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio. , According to the operating state (for example, load or rotation speed). Also in the case of these premixed combustions, a high output can be obtained efficiently by performing the fuel injection at a timing such that the fuel is sufficiently atomized and vaporized. In such a case, the optimal fuel injection timing is set so as to end the fuel injection early or in the first half of the intake stroke so that atomization and vaporization of the fuel can be promoted using the intake air flow. . Note that a case in which the premixed combustion is performed by setting the entire inside of the combustion chamber 1 to a mixture state having a lean air-fuel ratio is referred to as premixed lean combustion.

【0024】そして、本エンジンでは、図5に示すよう
にエンジンの運転モードとして、後期噴射モード,前記
噴射モード,ストイキオモード,オープンループモード
が運転状態(負荷と回転数)に応じて設定されており、
更に詳細は後述するが各モードにおいて、EGRを作動
させる場合とEGRを停止させる場合とが設定され、エ
ンジンの運転状態や車両の走行状態に応じてこれらのモ
ードの何れかが選択されてエンジン制御されるようにな
っている。
In the present engine, as shown in FIG. 5, the late injection mode, the injection mode, the stoichiometric mode, and the open loop mode are set according to the operating state (load and rotation speed) as the operation mode of the engine. And
As will be described in more detail later, in each mode, a case where the EGR is operated and a case where the EGR is stopped are set, and one of these modes is selected according to the operating state of the engine or the running state of the vehicle, and the engine control is performed. It is supposed to be.

【0025】このうち、後期噴射モードは、本実施形態
では総合空燃比が約24以上の領域に設定されてあり、
最も希薄燃焼を実現できるが、このモードでは、燃料噴
射を圧縮工程後期のように極めて点火時期に近い段階で
行ない、しかも燃料を点火プラグのく近傍に集めて部分
的にリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性,燃
焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしてい
る。
Of these, in the latter-stage injection mode, in the present embodiment, the total air-fuel ratio is set to a range of about 24 or more.
The leanest combustion can be achieved, but in this mode, fuel injection is performed at a stage very close to the ignition timing, such as the latter stage of the compression process, and the fuel is collected very close to the ignition plug to make it partially rich and overall The lean operation is performed while saving ignitability and combustion stability.

【0026】また、前期噴射モードも希薄燃焼を実現で
きるが、このモードでは、燃料噴射を後期噴射モードよ
りも前に行ない、燃料を予混合して全体的には理論空燃
比よりもリーンとしながら着火性,燃焼安定性を確保し
つつある程度の出力を得るようにしながら、節約運転を
行なうようにしている。ここでは、前期噴射モードの領
域を、総合空燃比が約24以下で理論空燃比以上の領域
に設定されている。
In the first-stage injection mode, lean combustion can also be realized. In this mode, fuel injection is performed before the second-stage injection mode, and the fuel is premixed to make the overall mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Saving operation is performed while obtaining a certain output while ensuring ignitability and combustion stability. Here, the region of the first injection mode is set to a region where the total air-fuel ratio is about 24 or less and is equal to or more than the stoichiometric air-fuel ratio.

【0027】ストイキオモードは、O2 センサの出力に
基づいて、空燃比をストイキオ状態に維持しながら十分
なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。ま
た、オープンループモードでは、加速時や発進時等に十
分な出力が得られるように、オープンループモード制御
によりストイキオ又はリーチな空燃比での燃焼を行な
う。これらのモードでは、吸気工程での燃料噴射に基づ
く予混合燃焼が行なわれる。
In the stoichiometric mode, a sufficient engine output can be efficiently obtained based on the output of the O 2 sensor while maintaining the air-fuel ratio in the stoichiometric state. In the open loop mode, combustion is performed at the stoichiometric or reach air-fuel ratio by the open loop mode control so that a sufficient output can be obtained at the time of acceleration, starting, and the like. In these modes, premix combustion based on fuel injection in the intake process is performed.

【0028】このように、本エンジンは、空燃比をリー
ンにしながら節約運転を行なえるエンジンであるため、
全運転領域において、リーン運転域(前期噴射モード,
後期噴射モード)が広範に設定されている。このためリ
ーン運転の全運転領域において、排ガス温度は広範な温
度領域で変動するため(例えば、層状リーン燃焼による
リーン運転では排ガス温度が150度程度であるのに対
し、予混合リーン燃焼によるリーン運転では排ガス温度
が300度以上となる。)本排ガス浄化システムでは、
このような広範な排ガス温度特性を考慮して、リーン運
転の全運転領域においてNOx 浄化を行なうことができ
るように触媒9は触媒活性温度域が異なり、少なくとも
予混合リーン燃焼によるリーン運転時に、主にNOx
浄化する高温型リーンNOx 触媒9Aと低温型リーンN
x 触媒9Bとを組み合わせた構成となっている。な
お、触媒活性温度域とは触媒が活性し排ガス浄化可能な
温度領域をいう。
As described above, since the present engine is an engine that can perform economizing operation while keeping the air-fuel ratio lean,
In all operating ranges, the lean operating range (early injection mode,
(Late injection mode) is set widely. For this reason, in the entire operation range of the lean operation, the exhaust gas temperature fluctuates in a wide temperature range (for example, while the exhaust gas temperature is about 150 degrees in the lean operation by the stratified lean combustion, the lean operation by the premixed lean combustion is performed). In this exhaust gas purification system, the exhaust gas temperature becomes 300 degrees or more.)
Such taking into account the wide range of exhaust gas temperature characteristics, catalyst 9 so that it can perform the NO x purification in the entire operating range of the lean operation is different catalyst activation temperature range, during lean operation by at least the premixed lean combustion, mainly high temperature lean purifying NO x NO x catalyst 9A and low temperature lean N
It has a configuration which is a combination of an O x catalyst 9B. Note that the catalyst activation temperature range refers to a temperature range in which the catalyst is activated and exhaust gas can be purified.

【0029】また、これらの高温型リーンNOx 触媒9
A及び低温型リーンNOx 触媒9Bは、理論空燃比下で
排ガス中のCO,HC及びNOX を浄化可能な三元機能
を有するものであるが、このうち低温型リーンNOx
媒9Bは、特に優れた三元機能を有するため、理論空燃
比下での排ガス中のCO,HC及びNOX の浄化は、主
に、低温型リーンNOx 触媒9Bによって行なわれると
ともに、空燃比がリーンな運転時の排ガス中のNOX
化は高温型リーンNOx 触媒9A及び低温型リーンNO
x 触媒9Bによって行なわれ、これによってリーン運転
の全運転領域において確実に排ガス浄化ができるように
なっている。
The high-temperature lean NO x catalyst 9
A and low temperature lean NO x catalyst. 9B, CO in the exhaust gas under the stoichiometric air-fuel ratio, but those with a can purify ternary function HC and NO X, these low temperature lean NO x catalyst. 9B, in particular, since having a good three-way function, CO in the exhaust gas under the stoichiometric air-fuel ratio, the purification of HC and NO X is primarily with is performed by low temperature lean NO x catalyst 9B, the air-fuel ratio is lean operation NO X purifying a high-temperature lean NO x catalyst 9A and low temperature lean NO in the exhaust gas when
This is performed by the x catalyst 9B, whereby the exhaust gas can be reliably purified in the entire operation region of the lean operation.

【0030】ここで、触媒9について詳細に説明する
と、高温型リーンNOx 触媒9Aは、NOx 接触還元型
の触媒であって、活性金属としてイリジウム(Ir)を
有するイリジウム系触媒として構成される。なお、高温
型リーンNOx 触媒9Aは、活性金属がイリジウム(I
r)以外に銅(Cu),コバルト(Co),銀(Ag)
のいずれか一つを有する触媒として構成されていても良
い。また、この高温型リーンNOx 触媒9Aは触媒活性
温度域が高く、約300〜550度程度である。
[0030] Here, to describe in detail the catalyst 9, the high temperature-type lean NO x catalyst 9A is a NO x catalytic reduction type catalyst, configured as iridium catalysts having iridium (Ir) as an active metal . Incidentally, the high temperature-type lean NO x catalyst 9A, the active metal is iridium (I
r) Other than copper (Cu), cobalt (Co), silver (Ag)
May be configured as a catalyst having any one of the above. Further, the high temperature-type lean NO x catalyst 9A has a high catalytic activity temperature range is about 300 to 550 degrees.

【0031】一方、低温型リーンNOx 触媒9Bは、接
触還元型の触媒であって、白金系触媒として構成され
る。つまり、低温型リーンNOx 触媒9Bは、貴金属が
白金(Pt),ロジウム(Rh),パラジウム(Pd)
系の触媒として構成される。また、低温型リーンNOx
触媒9Bは高温型リーンNOx 触媒9Aに比べ触媒活性
温度域が低く、約150〜300度程度である。
On the other hand, the low temperature-type lean NO x catalyst 9B is a catalytic reduction type catalyst, composed of platinum-based catalyst. That is, low temperature lean NO x catalyst. 9B, the noble metal is platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd)
Configured as a system catalyst. Also, low temperature lean NO x
The catalyst 9B has a low catalytic activity temperature range compared to the high-temperature type lean NO x catalyst 9A, it is about 150 to 300 degrees.

【0032】次に、本排ガス浄化システムにおける高温
型リーンNOx 触媒9A及び低温型リーンNOx 触媒9
Bの配置について説明すると、本排ガス浄化システムで
は、触媒活性温度域が高い高温型リーンNOx 触媒9A
の下流に、触媒活性温度域が高温型リーンNOx 触媒9
Aよりも低い低温型リーンNOx 触媒9Bを配置するよ
うにしている。
Next, high-temperature lean in the exhaust gas purifying system the NO x catalyst 9A and low temperature lean NO x catalyst 9
When explaining the arrangement of the B, the in the exhaust gas purification system, the catalyst activation temperature range is higher high-temperature lean NO x catalyst 9A
Downstream of the catalyst activation temperature range is high-temperature lean NO x catalyst 9
And to arrange the low low-temperature lean NO x catalyst 9B than A.

【0033】これは、排ガス温度が高い場合には、主
に、高温型リーンNOx 触媒9AによってNOx の浄化
が行なわれるが、低温型リーンNOx 触媒9Bを高温型
リーンNOx 触媒9Aの上流に配置すると、低温型リー
ンNOx 触媒9Bは上述のように三元機能が優れている
ため、排ガス温度が高い場合低温型リーンNOx 触媒9
Bによって高温型リーンNOx 触媒9AでNOx を浄化
するのに必要なHCやCOが還元されてしまい、高温型
リーンNOx 触媒9AによるNOx 浄化ができなくなる
からである。
[0033] This is because when the exhaust gas temperature is high, mainly, but purification of the NO x is performed by the hot-type lean NO x catalyst 9A, the cold-type lean NO x catalyst 9B of high-temperature type lean NO x catalyst 9A when placed upstream, low temperature lean NO x since the catalyst 9B is excellent three-way function as described above, when the exhaust gas temperature is high low temperature lean NO x catalyst 9
Will HC and CO required for purifying NO x in the high temperature lean NO x catalyst 9A is reduced by B, and because it becomes impossible to the NO x purification by high-temperature type lean NO x catalyst 9A.

【0034】なお、高温型リーンNOx 触媒9Aと低温
型リーンNOx 触媒9Bとの間隔はNOx の浄化効率を
考慮し、約30mm程度としている。さらに、本排ガス
浄化システムには、図1,図2に示すように、触媒9の
上流の排気通路3外周には保温手段としての保温部材4
0が取り付けられている。これは、排ガスが排気通路3
を通って触媒9に到達するまでの間に、排ガスからの熱
が排気通路3等から外部に放熱し、排ガス温度が急激に
低下するのを抑えることによって、触媒9の浄化効率の
悪化を抑制するためである。
[0034] The distance between the high temperature-type lean NO x catalyst 9A and the low temperature-type lean NO x catalyst. 9B considering the purification efficiency of NO x, is set to approximately 30 mm. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust gas purification system includes a heat retaining member 4 as a heat retaining means on the outer periphery of the exhaust passage 3 upstream of the catalyst 9.
0 is attached. This is because the exhaust gas
The heat from the exhaust gas is radiated to the outside through the exhaust passage 3 or the like before reaching the catalyst 9 through the exhaust gas, and the exhaust gas temperature is prevented from rapidly decreasing, thereby suppressing the deterioration of the purification efficiency of the catalyst 9. To do that.

【0035】この保温部材40は、排気通路3を構成す
る排気管3bの外周を覆うように取り付けられており、
内側がグラスウール40a、外側がステンレス鋼からな
る外板40bの2層構造になっており、断熱材として機
能するものである。また、保温部材40は、排気マニホ
ールドの熱劣化を防止すべく、燃焼室1の直下流部分の
排気マニホールド3a周辺を除く部分に取り付けられて
いる。
The heat retaining member 40 is attached so as to cover the outer periphery of the exhaust pipe 3b constituting the exhaust passage 3.
It has a two-layered structure of a glass wool 40a on the inside and an outer plate 40b on the outside made of stainless steel, and functions as a heat insulating material. Further, the heat retaining member 40 is attached to a portion immediately downstream of the combustion chamber 1 except for the vicinity of the exhaust manifold 3a in order to prevent the exhaust manifold from being thermally degraded.

【0036】なお、図1中、A部は厚さ3mm程度のス
テンレス鋼によって、蛇腹状に形成されている。これに
よって、エンジンからの振動が吸収され、A部よりも下
流側の排気通路3からその取付ブラケット(図示略)を
介して車体側にこのエンジン振動が伝わらないようにな
っている。このような本排ガス浄化システムにおける保
温手段は、以下のように構成してもよい。つまり、保温
手段を、図3に示すように、排気通路3を構成する排気
管を2重管構造41とすることにより構成してもよい。
In FIG. 1, portion A is formed in a bellows shape with stainless steel having a thickness of about 3 mm. As a result, vibration from the engine is absorbed, and this engine vibration is not transmitted from the exhaust passage 3 downstream of the portion A to the vehicle body via the mounting bracket (not shown). The heat retaining means in such an exhaust gas purification system may be configured as follows. That is, as shown in FIG. 3, the heat retaining means may be configured by forming the exhaust pipe constituting the exhaust passage 3 into a double pipe structure 41.

【0037】この保温手段としての2重管構造41は、
内板42と外板43とから構成され、この内板42と外
板43との間に空気層44が形成され、この空気層44
によって保温効果を持たせることができるようになって
いる。なお、図3中、矢印は排ガスの流れを示してい
る。また、排気通路3を2重管構造41として構成した
場合、内板42と外板43との熱膨張率が異なるため、
内板42によって熱変形を吸収すべく内板42は複数部
分に分割されている。なお、複数部分に分割された内板
42aと内板42bとは、排ガスが漏れないようにガス
漏れ防止用のスチールメッシュ45を介して接続されて
いる。なお、図3に示す継目の部分では、下流側の内板
42bが上流側の内板42aよりも拡径して接続されて
おり、スチールメッシュ45が排ガス流と対向しないよ
うに設けられているが、これは、スチールメッシュ45
によるガス漏れ防止効果が損なわれないように考慮した
ものである。
The double tube structure 41 as the heat retaining means has
An air layer 44 is formed between the inner plate 42 and the outer plate 43, and an air layer 44 is formed between the inner plate 42 and the outer plate 43.
With this, it is possible to have a heat retaining effect. In FIG. 3, arrows indicate the flow of exhaust gas. Further, when the exhaust passage 3 is configured as a double pipe structure 41, since the inner plate 42 and the outer plate 43 have different coefficients of thermal expansion,
The inner plate 42 is divided into a plurality of portions so that the inner plate 42 absorbs thermal deformation. The inner plate 42a and the inner plate 42b divided into a plurality of parts are connected via a steel mesh 45 for preventing gas leakage so that the exhaust gas does not leak. In the seam portion shown in FIG. 3, the downstream inner plate 42b is connected to the upstream inner plate 42a so as to be larger in diameter than the upstream inner plate 42a, and the steel mesh 45 is provided so as not to face the exhaust gas flow. But this is steel mesh 45
The gas leakage prevention effect is not considered to be impaired.

【0038】ところで、このような筒内噴射型内燃機関
を制御するために、種々のセンサが設けられている。ま
ず、吸気通路2側には、そのエアクリーナ配設部分に、
吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセ
ンサ11,吸入空気温度を検出する吸気温センサ12お
よび大気圧を検出する大気圧センサ13が設けられてお
り、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁7の開
度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ1
4,アイドリング状態を検出するアイドルスイッチ15
等が設けられている。
Various sensors are provided for controlling such a direct injection internal combustion engine. First, on the intake passage 2 side,
An air flow sensor 11 for detecting an intake air amount from Karman vortex information, an intake air temperature sensor 12 for detecting an intake air temperature, and an atmospheric pressure sensor 13 for detecting an atmospheric pressure are provided. Potentiometer type throttle sensor 1 for detecting the opening of the throttle 7
4. Idle switch 15 for detecting idling state
Etc. are provided.

【0039】また、排気通路3側には、触媒9の上流側
部分に、排ガス中の酸素濃度(O2濃度)を検出する酸
素濃度センサ17(以下、単にO2 センサ17という)
が設けられるとともに、触媒9の下流側部分には、触媒
若しくはその近傍の温度を検出する触媒温度検出手段と
しての触媒温度センサ(高温センサ)26が設けられて
いる。なお、この触媒温度検出手段としての触媒温度セ
ンサ26を、触媒9の温度を検出又は推定する検出手段
とする。
In the exhaust passage 3, an oxygen concentration sensor 17 (hereinafter simply referred to as an O 2 sensor 17) for detecting an oxygen concentration (O 2 concentration) in the exhaust gas is provided upstream of the catalyst 9.
And a catalyst temperature sensor (high temperature sensor) 26 as catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the catalyst or the vicinity thereof is provided in the downstream portion of the catalyst 9. The catalyst temperature sensor 26 as the catalyst temperature detecting means is a detecting means for detecting or estimating the temperature of the catalyst 9.

【0040】さらに、その他のセンサとして、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ(冷却水温度検出手段)
19や、図4に示すごとく、クランク角度を検出するク
ランク角センサ21(このクランク角センサ21はエン
ジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている)およ
び第1気筒(基準気筒)の上死点を検出するTDCセン
サ(気筒判別センサ)22がそれぞれカム近傍に設けら
れている。
Further, as another sensor, a water temperature sensor (cooling water temperature detecting means) for detecting an engine cooling water temperature.
As shown in FIG. 19 and FIG. 4, a crank angle sensor 21 for detecting a crank angle (the crank angle sensor 21 also serves as a rotation speed sensor for detecting an engine rotation speed) and a top death of the first cylinder (reference cylinder). TDC sensors (cylinder discrimination sensors) 22 for detecting points are provided near the cams.

【0041】そして、これらのセンサからの検出信号
は、電子制御ユニット(ECU)23へ入力されるよう
になっている。なお、ECU23へは、アクセルペダル
の踏込量を検出するアクセルポジションセンサ24やバ
ッテリの電圧を検出するバッテリセンサ25からの電圧
信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるい
はイグニッションスイッチ(キースイッチ)〕20から
の信号も入力されるようになっている。
The detection signals from these sensors are input to an electronic control unit (ECU) 23. The ECU 23 is provided with a voltage signal from an accelerator position sensor 24 that detects the amount of depression of an accelerator pedal and a voltage signal from a battery sensor 25 that detects the voltage of a battery, and a cranking switch [or an ignition switch (key switch)] that detects a start time. The signal from the terminal 20 is also input.

【0042】ところで、ECU23のハードウエア構成
は図4のようになるが、このECU23はその主要部と
してCPU27をそなえており、このCPU27へは、
吸気温センサ12,大気圧センサ13,スロットルセン
サ14,O2 センサ17,水温センサ19,アクセルポ
ジションセンサ24,触媒温度センサ26およびバッテ
リセンサ25からの検出信号が入力インタフェイス28
およびアナログ/デジタルコンバータ30を介して入力
されるとともに、エアフローセンサ11,クランク角セ
ンサ21,TDCセンサ22,アイドルスイッチ15,
クランキングスイッチ20,イグニッションスイッチ等
からの検出信号が入力インタフェイス29を介して入力
されようになっている。
The hardware configuration of the ECU 23 is as shown in FIG. 4, but the ECU 23 has a CPU 27 as its main part.
Intake air temperature sensor 12, atmospheric pressure sensor 13, a throttle sensor 14, O 2 sensor 17, water temperature sensor 19, an accelerator position sensor 24, catalyst temperature sensor 26 and input the detection signal from the battery sensor 25 Interface 28
And an input through an analog / digital converter 30, an air flow sensor 11, a crank angle sensor 21, a TDC sensor 22, an idle switch 15,
Detection signals from the cranking switch 20, the ignition switch, and the like are input via the input interface 29.

【0043】さらに、CPU27は、バスラインを介し
て、プログラムデータや固定値データを記憶するROM
31,更新して順次書き替えられるRAM32,フリー
ランニングカウンタ48およびバッテリが接続されてい
る間はその記憶内容が保持されることによってバックア
ップされたバッテリバックアップRAM(図示せず)と
の間でデータの授受を行なうようになっている。
Further, the CPU 27 has a ROM for storing program data and fixed value data via a bus line.
31, a RAM 32 that is updated and rewritten sequentially, a free running counter 48, and a battery backup RAM (not shown) that is backed up while the battery is connected by holding the stored contents while the battery is connected. It gives and receives.

【0044】なお、RAM32内データはイグニッショ
ンスイッチをオフすると消えてリセットされるようにな
っている。また、CPU27で演算結果に基づく燃料噴
射制御信号は、各気筒毎の(ここでは、4つの)噴射ド
ライバ(燃料噴射弁駆動手段)34を介して、インジェ
クタ8のソレノイド(インジェクタソレノイド)8aへ
出力されるようになっている。
The data in the RAM 32 disappears and is reset when the ignition switch is turned off. The fuel injection control signal based on the calculation result by the CPU 27 is output to the solenoid (injector solenoid) 8a of the injector 8 via the injection driver (fuel injection valve driving means) 34 for each cylinder (here, four). It is supposed to be.

【0045】今、燃料噴射制御(空燃比制御)に着目す
ると、CPU27で演算された燃料噴射用制御信号がド
ライバ34を介して出力され、例えば4つのインジェク
タ8を順次駆動させるようになっている。そして、上述
したように、このエンジンでは、燃料噴射の態様とし
て、層状リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向
上させるために圧縮行程中(特に、圧縮行程後半)で燃
料噴射を行なう後期噴射モードと、予混合リーン燃焼に
よるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るため
に吸気行程中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行なう
前期噴射モードと、予混合燃焼によるストイキオ運転
(理論空燃比運転)を実現し、前期噴射モードより出力
を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうスト
イキオモードと加速時や発進時等に十分な出力が得られ
るよう,オープンループ制御によりストイキオ又はリッ
チが空燃比での予混合燃焼を行なうオープンループモー
ドとが設定されている。
Focusing on fuel injection control (air-fuel ratio control), a control signal for fuel injection calculated by the CPU 27 is output via the driver 34, and, for example, the four injectors 8 are sequentially driven. . As described above, in this engine, as a mode of fuel injection, a late injection mode in which fuel injection is performed during a compression stroke (particularly in the latter half of the compression stroke) in order to achieve lean operation by stratified lean combustion and improve fuel efficiency. And the first injection mode, in which fuel is injected during the intake stroke (particularly in the first half of the intake stroke) to achieve lean operation by premixed lean combustion and obtain output by slow acceleration, and stoichiometric operation (stoichiometric air-fuel ratio) by premixed combustion Stoichio mode, in which fuel is injected during the intake stroke in order to achieve higher output than in the previous injection mode, and open loop control to obtain sufficient output during acceleration, starting, etc. And an open loop mode in which premix combustion is performed at an air-fuel ratio.

【0046】また、本排ガス浄化システムでは、EGR
装置10を備え、特に層状リーン燃焼時のNOX 排出を
抑制するよう上述の運転モードに対しEGR装置の作動
状態がそれぞれ設定されている。ここでEGR装置10
の作動、及びEGR導入率の設定について説明する。E
GR装置10は、エンジンの運転状態が、ストイキオモ
ード及び後期噴射モードの場合、EGR導入を行ない、
前記噴射モードやオープンループモードでは、EGR導
入を行なわないようになっている。これは、前期噴射モ
ードの場合、EGRを投入すると、燃焼が悪化して、N
Ox低減や燃費向上の効果が非常に小さいためであり、
特に、EGR流量を増大すると失火に至ることがあるた
め、このモードではEGRの大量導入は不可能であるた
めである。
In the exhaust gas purifying system, the EGR
Equipped with a device 10, the operating state of the EGR device is set respectively to particular above operation mode so as to suppress the NO X emissions during stratified lean combustion. Here, the EGR device 10
The operation of and the setting of the EGR introduction rate will be described. E
The GR device 10 performs EGR introduction when the operation state of the engine is the stoichiometric mode or the late injection mode,
In the injection mode or the open loop mode, EGR is not introduced. This is because, in the first injection mode, when EGR is turned on, the combustion deteriorates and N
This is because the effect of reducing Ox and improving fuel efficiency is very small.
In particular, if the EGR flow rate is increased, misfire may occur, and it is impossible to introduce a large amount of EGR in this mode.

【0047】なお、ストイキオモード時に行なわれるE
GRの導入量は、原則として後期噴射モードに比べ少な
く設定されている。これは、ストイキオモード時には、
主として燃費向上を目的としてEGRの導入を行なって
いるためであり、大量にEGRを導入すると燃焼が悪化
するからである。そして、このストイキオ運転時のEG
Rの導入率は最大で20〜25%程度であり、これは最
小の場合は0であってもかまわない。
Note that E performed in the stoichiometric mode
The introduction amount of GR is set smaller in principle than in the latter injection mode. This means that in stoichio mode,
This is mainly because EGR is introduced for the purpose of improving fuel efficiency, and if a large amount of EGR is introduced, combustion deteriorates. The EG during the stoichiometric operation
The introduction rate of R is about 20 to 25% at the maximum, and may be 0 at the minimum.

【0048】また、層状リーン燃焼時(後期噴射モード
時)には、空燃比が大きくなるほど点火プラグ35近傍
の空燃比が小さくなりNOxの発生量が増大するため、
吸気通路2内に還流させる該排出ガスを大きくするよう
に設定されている。この際のEGRの導入率は30〜6
0%程度である。なお、エンジンによっては、燃焼悪化
を抑える観点から、層状燃焼時のEGR導入率が特定運
転時に例外的にストイキオ運転時よりも少なく設定され
る場合もある。
During stratified lean combustion (late injection mode), as the air-fuel ratio increases, the air-fuel ratio in the vicinity of the ignition plug 35 decreases and the amount of NOx generated increases.
The exhaust gas to be recirculated into the intake passage 2 is set to be large. At this time, the introduction rate of EGR is 30 to 6
It is about 0%. Note that, depending on the engine, from the viewpoint of suppressing deterioration of combustion, the EGR introduction rate during stratified combustion may be set exceptionally lower during specific operation than during stoichiometric operation.

【0049】次に、層状リーン燃焼運転時のEGR導入
率及び空燃比の設定について、図11を参照して説明す
る。図11は、層状リーン燃焼運転としての一般的な運
転状態における例であり、例えばエンジン回転状態が1
500rpm ,正味平均有効圧が0.3MPaといった条
件下のものである。
Next, the setting of the EGR introduction rate and the air-fuel ratio during the stratified lean combustion operation will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows an example in a general operation state as a stratified lean combustion operation.
The conditions are 500 rpm and a net average effective pressure of 0.3 MPa.

【0050】図11において、横軸は空燃比(A/F)
であり、縦軸はNOx排出率であり、このNOx排出率
はストイキオ運転時のNOx排出量に対する層状リーン
燃焼運転時のNOx排出量の割合である。また、図中、
曲線L1は安定燃焼限界を示し、この曲線の外側(つま
り、左方や下方)では層状リーン燃焼運転による安定燃
焼は行なえない。曲線L2は吸気(=新気エア+EG
R)が0.1MPa(即ち、約1気圧)の状態でのWO
T(スロットル全開)のものであり、この曲線の外側
(つまり、右方や下方)による運転は行なえない。
In FIG. 11, the horizontal axis is the air-fuel ratio (A / F).
The vertical axis represents the NOx emission rate, which is the ratio of the NOx emission amount during the stratified lean combustion operation to the NOx emission amount during the stoichiometric operation. In the figure,
A curve L1 indicates a stable combustion limit, and stable combustion by the stratified lean combustion operation cannot be performed outside (ie, to the left or below) the curve. Curve L2 indicates intake air (= fresh air + EG
R) is 0.1 MPa (ie, about 1 atm).
T (throttle fully open), and operation outside this curve (that is, rightward or downward) cannot be performed.

【0051】そして、曲線a1〜a3は燃費向上率、即
ち、ストイキオ運転時の燃費に対する層状リーン燃焼運
転時の燃費の向上率を示すもので、曲線a1は燃費向上
率10%,曲線a2は燃費向上率20%,曲線a3は燃
費向上率30%を示す。また、曲線b1〜b3はEGR
導入率、即ち、吸気量中のEGR導入量の割合を示すも
ので、曲線b1はEGR導入率0%,曲線b2はEGR
導入率20%,曲線b3はEGR導入率40%を示す。
Curves a1 to a3 show the fuel efficiency improvement rate, that is, the improvement rate of the fuel efficiency in the stratified lean combustion operation with respect to the fuel efficiency in the stoichiometric operation. The curve a1 shows the fuel efficiency improvement rate of 10%, and the curve a2 shows the fuel efficiency improvement rate. An improvement rate of 20% and a curve a3 indicate a fuel efficiency improvement rate of 30%. Curves b1 to b3 are EGR
The introduction rate, that is, the ratio of the EGR introduction amount in the intake air amount, is represented by a curve b1 of 0% EGR introduction rate and a curve b2 of EGR introduction rate.
The introduction rate is 20%, and the curve b3 indicates the EGR introduction rate of 40%.

【0052】層状リーン燃焼運転は、図11中の曲線L
1,L2よりも上方の領域で運転が可能であり、この領
域内で、燃費向上率が高く且つNOx低減率が高く(即
ち、NOx排出率が低く)なるように空燃比(A/F)
及びEGR導入率を設定すれば、燃費向上とNOx低減
とが両立する。例えば図11中にハッチングを付す領域
のように、燃費向上率が30%以上で且つNOx低減率
が90%以上(即ち、NOx排出率が10%以上)の領
域で、層状リーン燃焼運転を行なうように、空燃比及び
EGR導入率を設定することが考えられる。なお、図1
1中、L3はNOx低減率90%を示す。
In the stratified lean combustion operation, the curve L in FIG.
1, the operation is possible in the region above L2, and in this region, the air-fuel ratio (A / F) is such that the fuel efficiency improvement rate is high and the NOx reduction rate is high (that is, the NOx emission rate is low).
By setting the EGR introduction rate and the EGR introduction rate, both improvement in fuel efficiency and reduction in NOx are compatible. For example, the stratified lean combustion operation is performed in a region where the fuel efficiency improvement rate is 30% or more and the NOx reduction rate is 90% or more (that is, the NOx emission rate is 10% or more), as in a hatched region in FIG. Thus, it is conceivable to set the air-fuel ratio and the EGR introduction rate. FIG.
In FIG. 1, L3 indicates a NOx reduction rate of 90%.

【0053】図11に示す例では、空燃比をおよそ28
〜33程度の範囲内のいずれかに設定し、EGR導入率
を30〜60%程度の範囲内のいずれかに設定して、燃
費向上率が30%以上で且つNOx低減率が90%以上
を達成しながら、安定燃焼による層状リーン燃焼運転を
行なうことができる。もちろん、図11は後期リーン燃
焼運転における一つの代表例を示すもので、このような
特性は、エンジンの負荷状態やエンジン回転数によって
変化し、各運転状態に応じて、燃費向上率が高く且つN
Ox低減率が高くなるような空燃比及びEGR導入率を
設定し、この設定に基づいて制御を行なうようにしてい
る。このように本排ガス浄化システムは、リーンNOX
触媒9とEGR装置10とを備えるため、予混合リーン
燃焼によるリーン運転時には、主にリーンNOX 触媒9
でNOX を浄化し、層状リーン燃焼によるリーン運転時
には主にEGR装置10によりNOX の排出を抑制する
ことで広範な運転領域で確実に排ガスを浄化できるとい
う利点がある。特に、排ガス温度の低い層状リーン燃焼
によるリーン運転時にEGR装置10により十分にNO
X が低減できなかった分を低温型リーンNOX 触媒9B
で浄化するので、さらに排ガス浄化効率を向上させるこ
とができるという利点もある。
In the example shown in FIG. 11, the air-fuel ratio is set to about 28
~ 33, the EGR introduction rate is set within a range of about 30-60%, and the fuel efficiency improvement rate is 30% or more and the NOx reduction rate is 90% or more. While achieving, a stratified lean combustion operation by stable combustion can be performed. Of course, FIG. 11 shows one typical example in the latter-stage lean combustion operation, and such a characteristic varies depending on the load state of the engine and the engine speed, and the fuel efficiency improvement rate is high according to each operation state. N
The air-fuel ratio and the EGR introduction rate are set so that the Ox reduction rate becomes high, and control is performed based on these settings. As described above, the present exhaust gas purification system uses lean NO X
Since the catalyst 9 and the EGR device 10 are provided, the lean NO X catalyst 9 is mainly used during the lean operation by the premixed lean combustion.
In purify NO X, there is an advantage that during the lean operation with stratified lean combustion can mainly reliably purify the exhaust gas in a wide range of operating range to suppress the emission of the NO X by the EGR device 10. In particular, during the lean operation by the stratified lean combustion with a low exhaust gas temperature, the NO
Low temperature X-can not be reduced correspondingly lean NO X catalyst 9B
Therefore, there is also an advantage that the exhaust gas purification efficiency can be further improved.

【0054】また、本排ガス浄化システムは、保温手段
(保温部材40)を備えるため、排気通路3等からの放
熱を防止し、排気温度の急激な低下を抑え、触媒9の浄
化効率の悪化を抑制することができるという利点があ
る。さらに、保温部材40を排気マニホールド3a周辺
を除いて取り付けるため、排気マニホールド3aの熱劣
化を防止できるという利点もある。
Since the exhaust gas purifying system includes a heat retaining means (heat retaining member 40), heat radiation from the exhaust passage 3 and the like is prevented, a rapid decrease in exhaust gas temperature is suppressed, and purification efficiency of the catalyst 9 is reduced. There is an advantage that it can be suppressed. Furthermore, since the heat retaining member 40 is attached except for the vicinity of the exhaust manifold 3a, there is an advantage that thermal deterioration of the exhaust manifold 3a can be prevented.

【0055】なお、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、低温型リーンNOx 触媒9Bの方が高温型リーンN
x 触媒9Aよりも優れた三元機能を有するものとして
構成されているため、高温型リーンNOx 触媒9Aの下
流に低温型リーンNOx 触媒9Bを配置するようにして
いるが、高温型リーンNOx 触媒9Aの方が優れた三元
機能を有するものとして構成されるならば、高温型リー
ンNOx 触媒9Aの上流に低温型リーンNOx 触媒9B
を配置するようにしてもよい。
[0055] In the exhaust gas purifying system of the present embodiment, cold-type lean NO x catalyst 9B towards the high-temperature lean N
Because it is composed as having a three-way function better than O x catalyst 9A, but so as to arrange the low temperature lean NO x catalyst 9B downstream of the high temperature-type lean NO x catalyst 9A, high-temperature type lean if configured as having a person of the NO x catalyst 9A and excellent three-way function, low temperature lean NO x catalyst 9B upstream of the high temperature-type lean NO x catalyst 9A
May be arranged.

【0056】また、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、高温型リーンNOx 触媒9Aも三元機能を有するも
のとして構成されているが、高温型リーンNOx 触媒9
Aは三元機能を有しないものでもよい。また、本実施形
態の排ガス浄化システムでは、高温型リーンNOx 触媒
9A及び低温型リーンNOx 触媒9Bは、双方とも三元
機能を有するものとして構成されているが、双方とも三
元機能を有しないものとして構成し、高温型リーンNO
x 触媒9A及び低温型リーンNOx 触媒9Bの下流側に
三元触媒を配置するようにしてもよい。
[0056] Further, the exhaust gas purifying system of the present embodiment is configured as having an even three-way function high temperature lean NO x catalyst 9A, high-temperature type lean NO x catalyst 9
A may not have a ternary function. Further, in the exhaust gas purifying system of the present embodiment, the high temperature-type lean NO x catalyst 9A and low temperature lean NO x catalyst 9B is configured both as having a three-way function, both have a three-way function High temperature lean NO
A three-way catalyst may be arranged downstream of the x catalyst 9A and the low-temperature lean NO x catalyst 9B.

【0057】さらに、本実施形態の排ガス浄化システム
では、高温型リーンNOx 触媒9Aと低温型リーンNO
x 触媒9Bとを直列に配置するようにしているが、これ
に限られるものではなく、例えば、高温型リーンNOx
触媒9Aと低温型リーンNO x 触媒9Bとを並列に配置
し、切換弁等によって排ガス温度に応じて切り換えるよ
うにしてもよい。この場合、高温型及び低温型リーンN
x 触媒の何れか一方が三元機能を有していない場合、
これらリーンNOx 触媒の下流に三元触媒を配設するこ
とが好ましい。
Further, the exhaust gas purifying system of the present embodiment
Then, high temperature type lean NOxCatalyst 9A and low temperature lean NO
xThe catalyst 9B and the catalyst 9B are arranged in series.
The high temperature type lean NOx
Catalyst 9A and low temperature lean NO xCatalyst 9B is arranged in parallel
Then, it is switched according to the exhaust gas temperature by a switching valve etc.
You may do it. In this case, high-temperature type and low-temperature type lean N
OxIf one of the catalysts has no three-way function,
These lean NOxInstall a three-way catalyst downstream of the catalyst
Is preferred.

【0058】更には、本実施形態の排ガス浄化システム
では、高温型リーンNOx 触媒9Aと低温型リーンNO
x 触媒9Bとの2つの温度特性の異なる触媒を用いたシ
ステムについて説明したが、本発明は本実施形態に限定
されるものではなく、EGR装置を備えた場合、EGR
装置により層状リーン燃焼時のNOx 排出を抑制できる
ので、リーンNOx 触媒は主として予混合リーン燃焼時
のNOx を浄化できるよう1種類のリーンNOx 触媒を
配設するようにしても良い。逆に、本実施形態の如く温
度領域の異なる触媒を複数設けた場合には、触媒の担持
量の設定でEGR装置を特に設けなくても良い。
[0058] Furthermore, in the exhaust gas purifying system of the present embodiment, the high temperature-type lean NO x catalyst 9A and low temperature lean NO
Although a system using two catalysts having different temperature characteristics from the x catalyst 9B has been described, the present invention is not limited to this embodiment.
Since NO x emissions during stratified lean combustion by the apparatus can be suppressed, the lean NO x catalyst may be primarily so as to dispose the one lean NO x catalysts to be able to purify NO x during premixed lean combustion. Conversely, when a plurality of catalysts having different temperature ranges are provided as in the present embodiment, it is not necessary to particularly provide an EGR device by setting the amount of catalyst carried.

【0059】次に、第2実施形態として、第1実施形態
において層状リーン燃焼時における排ガス温度の低下に
対し保温手段(保温部材40)では十分に排ガス温度の
低下を防止できず触媒9のNOx 浄化効率の悪化を招く
場合、触媒温度センサ26からの出力に基づいて触媒9
を昇温させるための昇温手段を備えた構成について説明
する。
Next, as the second embodiment, in the first embodiment, the temperature keeping means (the heat retaining member 40) cannot sufficiently prevent the decrease in the exhaust gas temperature during the stratified lean combustion, so that the NO. x When the purification efficiency is deteriorated, the catalyst 9 is determined based on the output from the catalyst temperature sensor 26.
A configuration provided with a temperature raising means for raising the temperature of the device will be described.

【0060】この昇温手段は、上述のような通常の燃焼
のための燃料噴射(主燃料噴射)の他に、排気弁5が開
く膨張工程末期移行に追加燃料を噴射する機能を有する
追加燃料噴射制御手段102を備えている。この追加燃
料噴射制御手段102は、触媒9が活性温度を超えた
後、本エンジンの運転モードが後期リーンモード(層状
リーン燃焼)となり排気ガスの温度が低下し、触媒9の
温度が活性温度より低くなりNOx 浄化効率が悪化する
ことを触媒温度検出手段26により検出又は推定し、膨
張工程末期以降に追加燃料を噴射するよう構成されてい
る。
This heating means has the function of injecting additional fuel at the end of the expansion step when the exhaust valve 5 is opened, in addition to the fuel injection (main fuel injection) for normal combustion as described above. An injection control means 102 is provided. After the catalyst 9 exceeds the activation temperature, the additional fuel injection control means 102 changes the operation mode of the present engine to the latter lean mode (stratified lean combustion), the temperature of the exhaust gas decreases, and the temperature of the catalyst 9 becomes lower than the activation temperature. that makes the NO x purification efficiency is deteriorated lower detected or estimated by the catalyst temperature detecting means 26 is configured to inject additional fuel after expansion step end.

【0061】このような昇温手段としての追加燃料噴射
制御手段を備えるECU23について説明すると、EC
U23には、燃料噴射制御(インジェクタ駆動制御)の
ために、図7の機能ブロック図に示すように、噴射モー
ドの選択や燃料噴射量の設定を行なう燃料噴射制御手段
101が設けられている。また、ECU23内には、さ
らに、排出ガス還流量制御手段104,点火時期制御手
段107が設けられている。
The ECU 23 having such additional fuel injection control means as a temperature raising means will be described.
U23 is provided with a fuel injection control means 101 for selecting an injection mode and setting a fuel injection amount for fuel injection control (injector drive control), as shown in the functional block diagram of FIG. The ECU 23 is further provided with an exhaust gas recirculation amount control means 104 and an ignition timing control means 107.

【0062】図7に示すように、この燃料噴射制御手段
101には、触媒9の温度低下時に追加燃料噴射を行な
う機能(追加燃料噴射制御手段)102と通常運転時の
燃料噴射制御を行なう機能(通常燃料噴射制御手段)1
03とがそなえられる。昇温手段としての追加燃料噴射
制御手段102は、触媒9若しくはその近傍の温度を検
出する触媒温度センサ(触媒温度検出手段)26からの
検出情報に基づいて、触媒9の温度が所定温度以下に低
下した場合に追加燃料噴射を行なうものである。つま
り、触媒温度センサ26により検出された触媒9若しく
はその近傍の温度(以下、触媒温度という)θC.C が所
定温度θ1 以下であると検出又は推定される場合に、触
媒9の温度が低下し浄化効率が悪化すると判定し、この
判定に基づき、各気筒の膨張行程以降(排気工程も含
む)に追加燃料噴射を行なうように制御するものであ
る。
As shown in FIG. 7, the fuel injection control means 101 has a function (additional fuel injection control means) 102 for performing additional fuel injection when the temperature of the catalyst 9 decreases and a function for controlling fuel injection during normal operation. (Normal fuel injection control means) 1
03 is provided. The additional fuel injection control means 102 as a temperature raising means is configured to reduce the temperature of the catalyst 9 to a predetermined temperature or less based on detection information from a catalyst temperature sensor (catalyst temperature detection means) 26 for detecting the temperature of the catalyst 9 or its vicinity. The additional fuel injection is performed when the fuel pressure drops. That is, the temperature of the catalyst 9 or near the detection by the catalyst temperature sensor 26 (hereinafter, the catalyst temperature of) when theta CC is detected or estimated to be the predetermined temperature theta 1 below, the temperature of the catalyst 9 is lowered It is determined that the purification efficiency is deteriorated, and based on this determination, control is performed such that additional fuel injection is performed after the expansion stroke of each cylinder (including the exhaust process).

【0063】これにより、未燃の燃料成分を含んだ混合
気を触媒9に供給することにより混合気中の未燃燃料成
分を触媒9により燃焼させて、触媒9を昇温させること
ができる。なお、所定温度θ1 とは触媒活性目標温度で
あって、触媒活性下限温度に応じて定められ、例えば、
触媒活性下限温度にある所定温度を加えた値として設定
される。この触媒活性下限温度は、本実施形態にかかる
リーンNOX 触媒では400度程度である。
Thus, by supplying the mixture containing the unburned fuel component to the catalyst 9, the unburned fuel component in the mixture is burned by the catalyst 9, and the temperature of the catalyst 9 can be raised. Note that the predetermined temperature θ 1 is a catalyst activity target temperature, which is determined according to the catalyst activity lower limit temperature.
It is set as a value obtained by adding a predetermined temperature to the catalyst activity lower limit temperature. This catalyst activity lower limit temperature is about 400 degrees in the lean NO X catalyst according to the present embodiment.

【0064】従って、本排ガス浄化システムでは触媒温
度検出手段26と昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段102とを備えるため、運転状態層状リーン燃焼によ
ってリーンNOx 触媒の温度が低下した場合にも確実に
触媒温度を昇温させることができ、これによって触媒の
浄化効率の悪化を抑制することができるという利点があ
る。
[0064] Thus, since in the present exhaust gas purification system and an additional fuel injection control unit 102 as a catalyst temperature detecting means 26 and heating device, even when the temperature of the lean NO x catalyst has decreased by operating conditions stratified lean combustion There is an advantage that the catalyst temperature can be surely raised, thereby suppressing deterioration of the purification efficiency of the catalyst.

【0065】次に,第3実施形態として、第2実施形態
の追加燃料噴射制御手段102に触媒温度センサ26か
らの出力に基づいて膨張行程中(膨張行程末期前)に追
加燃料を噴射する機能を更に加えた構成について説明す
る。本実施形態として更に加わった追加燃料噴射制御手
段102による追加燃料噴射は、排出ガスを再燃焼さ
せ、これによって高温になった排出ガスを触媒9に供給
することにより、触媒9の昇温を行ない活性化しようと
するものである。
Next, as a third embodiment, a function of injecting additional fuel during the expansion stroke (before the end of the expansion stroke) based on the output from the catalyst temperature sensor 26 to the additional fuel injection control means 102 of the second embodiment. Will be described. In the additional fuel injection by the additional fuel injection control means 102 added as the present embodiment, the exhaust gas is reburned, and thereby the exhaust gas having a high temperature is supplied to the catalyst 9, thereby raising the temperature of the catalyst 9. It is about to be activated.

【0066】この追加燃料噴射は第2実施形態の追加燃
料噴射に対して確実に筒内で再燃焼させて触媒9を昇温
させることができるため、触媒9が活性温度に達してい
ない始動直後や層状リーン燃焼運転が長く継続し、触媒
9の温度がかなり低下した場合(不活性又は不活性状態
に近い場合)等に有効である。このため、本実施形態に
おける追加燃料噴射制御手段102による追加燃料噴射
は、内燃機関の運転状態、特に、触媒9の活性状態に基
づいて制御を行ない、触媒9が活性していない始動直後
(不活性時)又は長時間のアイドル運転状態(不活性に
近い状態)において、図8に示すように、各気筒の膨張
行程内(具体的には、膨張行程中の火炎が存在する時)
に追加燃料噴射を行ない、触媒9が活性状態になったら
終了するようになっている。
Since this additional fuel injection can surely re-burn in the cylinder and raise the temperature of the catalyst 9 with respect to the additional fuel injection of the second embodiment, immediately after the start when the catalyst 9 does not reach the activation temperature. This is effective when the stratified lean combustion operation is continued for a long time and the temperature of the catalyst 9 is significantly reduced (in an inert state or a state close to an inactive state). For this reason, the additional fuel injection by the additional fuel injection control means 102 in the present embodiment is controlled based on the operating state of the internal combustion engine, in particular, based on the activation state of the catalyst 9, and immediately after the start (in which the catalyst 9 is not activated) As shown in FIG. 8, in an active state) or in a long idling state (a state close to inactive), during the expansion stroke of each cylinder (specifically, when there is a flame during the expansion stroke).
Then, additional fuel injection is performed, and the process ends when the catalyst 9 is activated.

【0067】このような昇温手段としての追加燃料噴射
制御手段を備えるECU23について説明すると、EC
U23には、燃料噴射制御(インジェクタ駆動制御)の
ために、図7の機能ブロック図に示すように、第2実施
形態と同様に噴射モードの選択や燃料噴射量の設定を行
なう燃料噴射制御手段101が設けられている。また、
ECU23内には、さらに、排出ガス還流量制御手段1
04,点火時期制御手段107が設けられている。
The ECU 23 having such additional fuel injection control means as a temperature raising means will be described.
In U23, as shown in the functional block diagram of FIG. 7, a fuel injection control means for selecting an injection mode and setting a fuel injection amount for the fuel injection control (injector drive control) as in the second embodiment. 101 is provided. Also,
The ECU 23 further includes an exhaust gas recirculation amount control means 1.
04, an ignition timing control means 107 is provided.

【0068】また、この燃料噴射制御手段101には、
更に触媒9の不活性時にも追加燃料噴射を行なう機能
(追加燃料噴射制御手段)102と通常運転時の燃料噴
射制御を行なう機能(通常燃料噴射制御手段)103と
がそなえられる。昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段102は、第2実施形態に加え触媒9若しくはその近
傍の温度を検出する触媒温度センサ(触媒温度検出手
段)26からの検出情報に基づいて、触媒9が活性状態
にあるか否かを判定し、触媒9が活性状態にない場合に
追加燃料噴射を行なうものである。つまり、触媒温度セ
ンサ26により検出された触媒9若しくはその近傍の温
度(以下、触媒温度という)θC.C が所定温度θ0 以下
であると検出又は推定される場合に、触媒9が活性状態
にないと判定し、この判定に基づき、各気筒の膨張行程
(図8参照)内に追加燃料噴射を行なうように制御する
ものである。
The fuel injection control means 101 includes:
Further, a function (additional fuel injection control means) 102 for performing additional fuel injection even when the catalyst 9 is inactive and a function (normal fuel injection control means) 103 for performing fuel injection control during normal operation are provided. The additional fuel injection control means 102 as a temperature raising means is configured to control the catalyst 9 based on detection information from a catalyst temperature sensor (catalyst temperature detecting means) 26 for detecting the temperature of the catalyst 9 or the vicinity thereof in addition to the second embodiment. It is determined whether the catalyst 9 is in the active state or not, and additional fuel injection is performed when the catalyst 9 is not in the active state. That is, the catalyst 9 is not in the active state when the temperature of the catalyst 9 or its vicinity (hereinafter referred to as catalyst temperature) θ CC detected by the catalyst temperature sensor 26 is detected or estimated to be equal to or lower than the predetermined temperature θ 0. Based on this determination, control is performed so that additional fuel injection is performed during the expansion stroke of each cylinder (see FIG. 8).

【0069】ここで、所定温度θ0 とは触媒活性目標温
度であって、触媒活性下限温度に応じて定められ、例え
ば、触媒活性下限温度にある所定温度を加えた値として
設定される。この触媒活性下限温度は、本実施形態にか
かるリーンNOX 触媒では400度程度である。なお、
所定温度としての目標温度θ0 (以下、所定温度を目標
温度という)は第2実施形態の所定温度θ2 より低く設
定されており触媒活性温度に一致するように設定しても
よい。
Here, the predetermined temperature θ 0 is a catalyst activity target temperature, which is determined according to the catalyst activity lower limit temperature, and is set, for example, as a value obtained by adding a predetermined temperature to the catalyst activity lower limit temperature. This catalyst activity lower limit temperature is about 400 degrees in the lean NO X catalyst according to the present embodiment. In addition,
The target temperature θ 0 as the predetermined temperature (hereinafter, the predetermined temperature is referred to as the target temperature) is set lower than the predetermined temperature θ 2 of the second embodiment, and may be set to match the catalyst activation temperature.

【0070】この昇温手段としての追加燃料噴射制御手
段102には、図7中に鎖線で示すように、追加燃料噴
射の噴射開始時期TINJ を設定する機能(噴射開始時期
設定部)102Aと、各サイクル内での追加燃料の噴射
時間を設定する機能(噴射時間設定部)102Bとがそ
なえられる。このうち噴射開始時期設定部102Aは、
各気筒の膨張行程内であって、通常の燃料噴射による燃
焼(以下、主燃焼という)時における燃焼期間、即ち、
火炎が存在する期間(以下、火炎残存期間という)に追
加燃料噴射が行なわれるように噴射開始時期TINJ を設
定するものである。
The additional fuel injection control means 102 as the temperature raising means has a function (injection start timing setting section) 102A for setting the injection start timing T INJ of the additional fuel injection, as shown by a chain line in FIG. And a function (injection time setting unit) 102B for setting the injection time of the additional fuel in each cycle. Of these, the injection start timing setting unit 102A
Within the expansion stroke of each cylinder, a combustion period during combustion by normal fuel injection (hereinafter referred to as main combustion),
The injection start timing T INJ is set so that additional fuel injection is performed during a period in which a flame exists (hereinafter, referred to as a flame remaining period).

【0071】このように追加燃料噴射による噴射開始時
期TINJ を設定するのは、追加燃料噴射によって噴射さ
れた燃料を、追加デバイスを設けることなく燃焼(以
下、再燃焼という)させるためであり、図11に示すよ
うに、通常燃料噴射による熱発生期間内に追加燃料噴射
を行なう必要があるからである。これは、燃料として使
用されるガソリンは自己着火性が低く、火種となるもの
やガソリン自体を燃焼させるために化学分解させるため
の外部エネルギとなるものが存在しないと確実に燃焼さ
せることができないという性質があるからである。な
お、逆に、自己着火性の高い燃焼としては、軽油などの
セタン価の高いものがある。
The reason for setting the injection start timing T INJ by the additional fuel injection in this way is to cause the fuel injected by the additional fuel injection to burn (hereinafter, referred to as reburning) without providing an additional device. This is because, as shown in FIG. 11, additional fuel injection needs to be performed within the heat generation period due to normal fuel injection. This is because gasoline used as fuel has low self-ignitability and cannot be reliably burned unless there is an ignition source or external energy for chemical decomposition to burn gasoline itself. This is because they have properties. Conversely, as combustion having high self-ignition properties, there is a combustion having a high cetane number such as light oil.

【0072】ここで、図11は圧縮行程から爆発・膨張
行程における筒内圧及び熱発生率を示す図であり、図1
1中、細線Aは通常燃料噴射のみを行なった場合の熱発
生率、太線Bは追加燃料噴射を行なった場合の熱発生
率、破線Cは通常燃料噴射のみを行なった場合の筒内
圧、太線Dは追加燃料噴射を行なった場合の筒内圧をそ
れぞれ示している。なお、熱発生率として細線A,太線
Bで示す期間は、熱発生期間に相当する。
Here, FIG. 11 is a diagram showing the in-cylinder pressure and the heat release rate from the compression stroke to the explosion / expansion stroke.
1, the thin line A is the heat release rate when only normal fuel injection is performed, the thick line B is the heat release rate when additional fuel injection is performed, the broken line C is the in-cylinder pressure when only normal fuel injection is performed, and the thick line. D indicates the in-cylinder pressure when additional fuel injection is performed. Note that the period indicated by the thin line A and the thick line B as the heat generation rate corresponds to the heat generation period.

【0073】この図11に示すように、線Aで示される
熱発生率に対応する主燃焼による熱発生期間のうち、な
るべく遅い時期に追加燃料噴射を行なえば、線Bで示す
ように、熱発生期間が延び排気行程に近づくため、再燃
焼による排出ガスの昇温によって得られる熱エネルギを
触媒9Aの昇温のために、より有効に活用することがで
きることになる。
As shown in FIG. 11, if the additional fuel injection is performed as late as possible in the heat generation period due to the main combustion corresponding to the heat generation rate shown by the line A, the heat Since the generation period is extended and approaches the exhaust stroke, the heat energy obtained by increasing the temperature of the exhaust gas by the reburning can be more effectively used for increasing the temperature of the catalyst 9A.

【0074】一方、線Dは追加燃料噴射を行なうと筒内
圧が上昇することを示している。このように筒内圧が上
昇すると、再燃焼によって得られた熱エネルギがピスト
ンを押し下げるための仕事(気体の膨張仕事)に多く使
われることになると考えられるため、排出ガスの昇温の
ためには好ましくない。このため、追加燃料の噴射開始
時期TINJ は、再燃焼によって得られた熱エネルギを有
効に活用するために膨張行程のなるべく遅い時期に設定
するのが好ましいが、上述のように、追加燃料の噴射開
始時期TINJ は火炎残存期間でなければならないため、
火炎残存期間のなるべく遅い時期に設定するのが好まし
いのである。
On the other hand, line D indicates that the cylinder pressure increases when additional fuel injection is performed. When the in-cylinder pressure increases in this way, it is considered that the thermal energy obtained by the reburning is used more for the work for pushing down the piston (the work for expanding the gas). Not preferred. For this reason, it is preferable that the injection start timing T INJ of the additional fuel be set as late as possible in the expansion stroke in order to effectively utilize the thermal energy obtained by the reburning. Since the injection start time T INJ must be the flame remaining period,
It is preferable to set as late as possible the flame remaining period.

【0075】ここで、追加燃料の噴射開始時期TINJ
設定について、さらに詳述すべく、火炎残存期間の終期
である火炎消失時期について説明すると、この火炎消失
時期は、水温θW ,排出ガス還流量(EGR量),空燃
比(A/F),主燃焼時の点火時期TIG等の種々のパラ
メータによる影響を受けて変動するものである。したが
って、これらのパラメータによる影響を考慮して、噴射
開始時期TINJを設定する必要がある。
Here, the setting of the additional fuel injection start timing T INJ will be described in more detail with reference to the flame extinguishing timing which is the end of the remaining flame period. The flame extinguishing timing is determined by the water temperature θ W , the exhaust gas It fluctuates under the influence of various parameters such as the recirculation amount (EGR amount), the air-fuel ratio (A / F), and the ignition timing TIG during main combustion. Therefore, it is necessary to set the injection start timing T INJ in consideration of the influence of these parameters.

【0076】例えば、水温θW のみを考慮した場合、水
温θW が低いと燃焼が悪化し、火炎消失時期が早くなる
ので、確実に再燃焼させるために水温θW が低いほど噴
射開始時期TINJ を早める(膨張行程初期)のが好まし
い。これは、エンジンの冷態時には、シリンダブロック
周辺は冷えており、熱がシリンダブロック等から逃げや
すく、火炎とシリンダブロックとのスペース(クエンチ
ングゾーン)が大きいため、主燃焼による火炎が伝播し
たとしても、火炎が燃焼室全体に拡がる前に消炎してし
まうからである。
[0076] For example, if you take into account only the water temperature θ W, water temperature θ W is low and the combustion is deteriorated, because the flame disappeared timing is early, as the water temperature θ W is low in order to ensure re-combustion injection start timing T It is preferable to accelerate INJ (early expansion stroke). This is because when the engine is cold, the area around the cylinder block is cold, heat can easily escape from the cylinder block, etc., and the space between the flame and the cylinder block (quenching zone) is large. This is because the flame extinguishes before the flame spreads throughout the combustion chamber.

【0077】また、EGR量のみを考慮した場合、EG
R量が多いと主燃焼での着火遅れが大きくなり、燃焼室
内の最高圧力及び最高圧力に相当するクランク角度はサ
イクル毎に変動する。この変動は、EGR量が多くなる
程大きく、この変動に伴い火炎残存期間も変動するた
め、追加燃料を確実に燃焼させるためには、膨張行程時
の追加燃料の噴射開始時期TINJ を早めるのが好まし
い。
When only the EGR amount is considered, the EG
If the amount of R is large, the ignition delay in the main combustion increases, and the maximum pressure in the combustion chamber and the crank angle corresponding to the maximum pressure fluctuate every cycle. This fluctuation increases as the EGR amount increases, and the flame remaining period also fluctuates with this fluctuation. Therefore, in order to reliably burn the additional fuel, the injection start timing T INJ of the additional fuel during the expansion stroke must be advanced. Is preferred.

【0078】また、A/Fのみを考慮した場合も、EG
R量のみを考慮した場合と同様に、空燃比がリーンにな
る程、主燃焼での着火遅れが大きくなり、燃焼室内の最
高圧力及び最高圧力に相当するクランク角度はサイクル
毎に変動する。この変動は、リーンになる程大きく、こ
の変動に伴い火炎残存期間も変動するため、追加燃料を
確実に燃焼させるためには、膨張行程時の追加燃料の噴
射開始時TINJ を早めるのが好ましい。
When only A / F is considered, EG
As in the case where only the R amount is considered, as the air-fuel ratio becomes leaner, the ignition delay in the main combustion increases, and the maximum pressure in the combustion chamber and the crank angle corresponding to the maximum pressure fluctuate every cycle. This fluctuation is greater as the fuel becomes leaner, and the flame remaining period also fluctuates with this fluctuation. Therefore, in order to reliably burn the additional fuel, it is preferable to advance T INJ at the start of injection of the additional fuel during the expansion stroke. .

【0079】また、主燃焼時の点火時期TIGのみを考慮
した場合、点火時期TIGの進角,遅角により火炎残存期
間、即ち、火炎消失時期が変動するため、これに合わせ
て噴射開始時期TINJ を設定するのが好ましい。これ
は、点火時期TIGが進角されると、燃焼期間が短くなり
火炎消失時期が早くなるためであり、逆に、点火時期T
IGが遅角されると、燃焼が緩慢になり(燃焼速度が遅く
なり)、火炎消失時期が遅くなるためである。
Further, the ignition timing T for the main combustionIGOnly consider
The ignition timing TIGRemaining flame due to advance and retard
Time, that is, the flame extinguishing time fluctuates.
Injection start timing TINJIs preferably set. this
Is the ignition timing TIGIs advanced, the combustion period becomes shorter.
This is because the flame disappears earlier, and conversely, the ignition timing T
IGIs retarded, combustion slows down (combustion speed slows
This is because the flame disappears at a later time.

【0080】なお、上記の各パラメータに応じて、後述
する噴射時間設定部102Bにより、燃料噴射量、即
ち、燃料噴射時間(したがって、インジェクタ駆動時
間)を設定すれば、更に効率的に排気を昇温できること
になる。ここでは、各種パラメータに応じて火炎残存期
間内の火炎消失時期を考慮した最適時期(例えば、火炎
消失時期に近い時期)に、噴射開始時期TINJ を設定す
るようにしているが、逆に、噴射開始時期TINJ を一定
時期に設定し、火炎消失時期を各種パラメータを変動さ
せることによって調整し、噴射開始時期TINJ を火炎消
失時期を考慮した最適時期になるようにしてもよい。
If the fuel injection amount, that is, the fuel injection time (therefore, the injector drive time) is set by the injection time setting unit 102B, which will be described later, according to each of the above parameters, the exhaust gas can be more efficiently raised. You can warm up. Here, the injection start timing T INJ is set at an optimal timing (for example, a timing close to the flame extinguishing time) in consideration of the flame extinguishing timing within the flame remaining period according to various parameters. The injection start time T INJ may be set to a certain time, and the flame extinguishing time may be adjusted by changing various parameters, so that the injection starting time T INJ becomes an optimal time in consideration of the flame extinguishing time.

【0081】例えば、触媒9が活性状態にないエンジン
始動時等のエンジンの冷態時において、膨張行程のなる
べく遅い時期に噴射開始時期TINJ を設定しておき、排
出ガス還流量制御手段104によって、排出ガス還流量
が減少又はカットされるようにEGRバルブ10aを制
御し、火炎消失時期を噴射開始時期TINJ 以降まで遅ら
せることによって、噴射開始時期TINJ が火炎消失時期
を考慮して最適時期になるようにしてもよい。
For example, when the engine is cold, for example, when the engine is not activated, the injection start timing T INJ is set as late as possible in the expansion stroke. controls the EGR valve 10a to the exhaust gas recirculation amount is reduced or cut, by delaying the loss of flame timing to the injection start time T INJ later injection start timing T INJ is considering flame disappearance time optimal timing May be used.

【0082】また、同様に、点火時期制御手段107に
よって、点火時期TIGを遅角させるように点火装置10
8を制御し、火炎消失時期を噴射開始時期TINJ 以降ま
で遅らせることによって、噴射開始時期TINJ が火炎消
失時期に近い時期になるようにしてもよい。噴射開始時
期設定部102Aによる膨張行程における噴射開始時期
INJ の設定は、具体的には、以下のようにして行なわ
れる。
Similarly, the ignition timing control means 107 controls the ignition system 10 so that the ignition timing TIG is retarded.
8 may be controlled so that the flame extinction time is delayed until after the injection start time T INJ , so that the injection start time T INJ is close to the flame extinction time. The setting of the injection start timing T INJ in the expansion stroke by the injection start timing setting unit 102A is specifically performed as follows.

【0083】つまり、噴射開始時期設定部102Aによ
る膨張行程における噴射開始時期T INJ の設定は、膨張
行程における追加の燃料噴射において基本となる基本燃
料噴射開始時期TbINJ を、冷却水温度θW ,EGR
量,主燃焼における点火時期T IGによって補正すること
により行なわれる。ここで、基本燃料噴射開始時期Tb
INJ は、エンジン回転数センサ21によって検出される
エンジン回転数Ne及び目標負荷値Peに基づき、予め
記憶されているマップ〔TbINJ =f(Pe,Ne)〕
により求められる。
That is, the injection start timing setting unit 102A
Start timing T in the expansion stroke INJThe setting is inflated
Basic fuel that is the basis for additional fuel injection during the stroke
Injection start timing TbINJIs the cooling water temperature θW, EGR
Quantity, ignition timing T in main combustion IGTo be corrected by
It is performed by Here, the basic fuel injection start timing Tb
INJIs detected by the engine speed sensor 21
Based on the engine speed Ne and the target load value Pe,
The stored map [TbINJ= F (Pe, Ne)]
Required by

【0084】なお、目標負荷値Peは、次式により算出
される。 Pe=T/(K*Vs) ここで、Tはトルク、Kは定数、Vsは排気量である。
また、冷却水温度θW による補正は、図12(a)に示
すように、冷却水温度θW と水温補正係数K1 とから予
め設定されているマップ(a)から水温補正量K1 が求
められ、この水温補正量K1 を基本燃料噴射開始時期T
INJ に加算する(TbINJ +K1 )ことによって行な
われる。なお、マップ(a)は、図12(a)に示すよ
うに、冷却水温度θW が低いほど、噴射開始時期TINJ
が早く(即ち、小さく)なるように設定されている。
The target load value Pe is calculated by the following equation. Pe = T / (K * Vs) Here, T is a torque, K is a constant, and Vs is a displacement.
The correction by the cooling water temperature theta W, as shown in FIG. 12 (a), the water temperature correction amount K 1 from the map (a) which is set in advance from the cooling water temperature theta W and the water temperature correction coefficient K 1 Metropolitan sought, the basic fuel injection start timing of the water temperature correction amount K 1 T
This is performed by adding (Tb INJ + K 1 ) to b INJ . Incidentally, the map (a), as shown in FIG. 12 (a), as the cooling water temperature theta W is low, the injection start timing T INJ
Are set earlier (ie, smaller).

【0085】同様に、EGR量,主燃焼における点火時
期TIGによる補正も、予め設定されているマップから補
正係数又は補正量が求められ、この補正係数を掛けるこ
と、又は補正量を加えることによって行なわれる。この
ときの追加燃料の噴射時間(一作動サイクル内での全噴
射時間)texは、噴射時間設定部102Bで設定される
が、この噴射時間設定部102Bは、主燃焼後に筒内に
残存する余剰酸素に応じた燃料量Mfuelが噴射されるよ
うにインジェクタ駆動時間tPLUSを設定するものであ
る。
Similarly, the correction by the EGR amount and the ignition timing TIG in the main combustion is performed by obtaining a correction coefficient or a correction amount from a preset map, and multiplying the correction coefficient or adding the correction amount. Done. At this time, the injection time of the additional fuel (the total injection time in one operation cycle) t ex is set by the injection time setting unit 102B, and the injection time setting unit 102B remains in the cylinder after the main combustion. The injector drive time t PLUS is set so that the fuel amount M fuel corresponding to the excess oxygen is injected.

【0086】これは、追加燃料による再燃焼の際に、筒
内に残存する余剰酸素を追加燃料により完全燃焼させ、
排出ガスを効率的に昇温させることができるようにする
ためである。噴射時間設定部102Bによる膨張行程に
おけるインジェクタ駆動時間tPLUSの設定は、具体的に
は、以下のようにして行なわれる。
This is because, when reburning with the additional fuel, surplus oxygen remaining in the cylinder is completely burned with the additional fuel,
This is because the temperature of the exhaust gas can be efficiently increased. The setting of the injector drive time t PLUS in the expansion stroke by the injection time setting unit 102B is specifically performed as follows.

【0087】つまり、噴射時間設定部102Bによる膨
張行程におけるインジェクタ駆動時間tPLUSの設定は、
膨張行程における追加の燃料噴射において基本となる基
本駆動時間tB を、噴射開始時期TINJ ,触媒温度θ
C.C によって補正することにより行なわれる。ここで、
基本駆動時間tB は、主燃焼後の筒内の余剰酸素に対し
て噴射可能な燃料量Mfuelに基づいて算出される。つま
り、後述する通常燃料噴射制御手段103によって求め
られる1気筒1サイクル当たりの吸入空気量Qと目標と
する空燃比(目標A/F)とから主燃焼後の筒内に残存
する酸素量が求められ、この酸素量に基づいて燃料量M
fuelが算出される。
That is, the setting of the injector drive time t PLUS in the expansion stroke by the injection time setting unit 102B is as follows:
The basic drive time t B, which is the basis for additional fuel injection in the expansion stroke, is determined by the injection start timing T INJ and the catalyst temperature θ.
The correction is performed by the CC . here,
The basic drive time t B is calculated based on the fuel amount M fuel that can be injected with respect to surplus oxygen in the cylinder after the main combustion. That is, the amount of oxygen remaining in the cylinder after main combustion is determined from the intake air amount Q per cylinder and the target air-fuel ratio (target A / F) determined by the normal fuel injection control means 103 described later. The fuel amount M is calculated based on the oxygen amount.
fuel is calculated.

【0088】なお、燃料量Mfuelは、次式により求めら
れる。 Mfuel=Q×(1/理論空燃比−1/目標空燃比) また、膨張行程のおける噴射開始時期TINJ による補正
は、図12(b)に示すように、噴射開始時期TINJ
補正係数K2 とから予め設定されているマップ(b)か
ら補正係数K2 が求められ、この補正係数K2 を基本駆
動時間tB に掛ける(tB ×K2 )ことによって行なわ
れる。
The fuel amount M fuel is obtained by the following equation. M fuel = Q × (1 / stoichiometric air-fuel ratio -1 / target air-fuel ratio) The correction due to the injection start timing T INJ of definitive expansion stroke, as shown in FIG. 12 (b), the injection start timing T INJ correction the correction factor K 2 from the map (b) which is set in advance is determined from the coefficient K 2 Prefecture, performed by multiplying the correction coefficient K 2 to the basic drive time t B (t B × K 2 ).

【0089】なお、マップ(b)は、図12(b)に示
すように、実噴射量を一定にするため、噴射開始時期T
INJ が早くなるほどインジェクタ駆動時間tPLUSが長く
なるように設定されている。つまり、膨張行程において
は噴射開始時期TINJ が早くなると筒内圧が高くなりイ
ンジェクタからの噴射燃料量(単位時間当たりの量)が
減少傾向となるため、筒内圧が高くなるにしたがって、
インジェクタ駆動時間tPLUSが長くなるように設定され
ている。
As shown in FIG. 12 (b), the map (b) shows the injection start timing T in order to keep the actual injection amount constant.
The injector driving time t PLUS is set to be longer as the INJ is earlier. That is, in the expansion stroke, when the injection start timing T INJ is advanced , the in-cylinder pressure increases and the amount of fuel injected from the injector (the amount per unit time) tends to decrease.
The injector drive time t PLUS is set to be long.

【0090】これは、筒内圧が低ければ噴射圧との差圧
が十分にあるため、基本駆動時間t B に基づいて適正な
燃料量Mfuelを確保することができるが、筒内圧が高く
なると筒内圧と噴射圧との差圧が小さくなり噴射量が減
るため、単に基本駆動時間t B に基づいて燃料を噴射す
るのでは適正な燃料量Mfuelを確保することができない
ためである。このように、膨張行程における追加の燃料
噴射においては、筒内圧の影響を受けることになるた
め、インジェクタ駆動時間tPLUSの設定が重要になる。
This is because if the in-cylinder pressure is low, the differential pressure from the injection pressure
, The basic drive time t BBased on proper
Fuel quantity MfuelBut the cylinder pressure is high.
When this happens, the differential pressure between the in-cylinder pressure and the injection pressure decreases, and the injection amount decreases
Therefore, the basic driving time t BInject fuel based on
Therefore, the appropriate amount of fuel MfuelCan not secure
That's why. Thus, additional fuel during the expansion stroke
Injection is affected by in-cylinder pressure
The injector driving time tPLUSSettings are important.

【0091】また、触媒温度θC.C による補正は、図1
2(c)に示すように、触媒温度θ C.C と補正係数K3
とから予め設定されているマップ(c)から補正係数K
3 が求められ、この補正係数K3 を基本駆動時間tB
掛ける(tB ×K3 )ことによって行なわれる。なお、
マップ(c)は、図12(c)に示すように、触媒温度
θC.C が低いときは、基本駆動時間tB を補正しないよ
うに1とされており、触媒温度θC.C が高くなり、目標
温度θ0 に近づくにつれて、徐々に減少し、0になるよ
うに設定されている。
The catalyst temperature θCCThe correction by
As shown in FIG. 2 (c), the catalyst temperature θ CCAnd correction coefficient KThree
And the correction coefficient K from the preset map (c).
ThreeIs calculated, and the correction coefficient KThreeIs the basic drive time tBTo
Multiply (tB× KThree). In addition,
The map (c) shows the catalyst temperature as shown in FIG.
θCCIs low, the basic drive time tBI will not correct
And the catalyst temperature θCCIs higher and the goal
Temperature θ0It gradually decreases to 0 as it approaches
Is set to

【0092】これは、触媒温度θC.C が低いほど触媒9
の活性化が必要であるため追加燃料を多く噴射して触媒
9の活性化を促進し、逆に、触媒温度θC.C が高いほど
触媒9の活性化が不要になってくるため、追加燃料の噴
射を減少させ、余計な燃料噴射が行なわれないようにす
るためである。このようにして、膨張行程におけるイン
ジェクタ駆動時間tPLUSは、次式により求められる。
This is because the lower the catalyst temperature θ CC , the lower the catalyst 9
Since the activation of the catalyst 9 is required, a large amount of additional fuel is injected to promote the activation of the catalyst 9, and conversely, the higher the catalyst temperature θ CC , the more the activation of the catalyst 9 becomes unnecessary. This is to reduce the injection so that unnecessary fuel injection is not performed. Thus, the injector driving time t PLUS in the expansion stroke is obtained by the following equation.

【0093】tPLUS=tB ×K2 ×K3 このようにして設定された噴射開始時期TINJ 及びイン
ジェクタ駆動時間tPL USに応じて、追加燃料噴射は、図
8に示すように、通常の燃料噴射とは別個に膨張行程に
おいて行なわれる。ところで、通常燃料噴射制御手段1
03における燃料噴射制御を説明すると、この通常運転
時制御手段103では、噴射モードは、エンジン回転数
センサ21,各種センサ類106等から検出されたエン
ジン回転数(回転速度)Neやアクセルペダル踏込量θ
ACC に基づいてエンジンの目標出力トルクTを設定し
て、エンジン回転数Neやこの目標出力トルクTに応じ
て、前期噴射モードと後期噴射モードとのいずれかのモ
ードを選択的に設定する。例えばエンジン回転数Neが
低くて目標トルクTも低い領域では後期噴射モードと
し、エンジン回転数Ne及び目標トルクTのいずれかが
低くなければ前期噴射モード又はストイキオモードとす
るようになっている。
T PLUS = t B × K 2 × K 3 Depending on the injection start timing T INJ and the injector drive time t PL US set in this manner, additional fuel injection is performed as shown in FIG. The fuel injection is performed in the expansion stroke separately from the fuel injection. By the way, the normal fuel injection control means 1
In the normal operation control means 103, the injection mode includes the engine speed (rotation speed) Ne detected from the engine speed sensor 21, the various sensors 106, and the like, and the accelerator pedal depression amount. θ
The target output torque T of the engine is set based on the ACC , and one of the first injection mode and the second injection mode is selectively set according to the engine speed Ne and the target output torque T. For example, in a region where the engine speed Ne is low and the target torque T is low, the latter-stage injection mode is set. If either the engine speed Ne or the target torque T is not low, the first-stage injection mode or the stoichiometric mode is set.

【0094】燃料噴射量については、燃料噴射時間(イ
ンジェクタの駆動時間であって、実際の制御の上ではイ
ンジェクタ駆動パルス幅という)tAUとして設定される
が、ストイキオモード,前期噴射モードの場合も後期噴
射モードの場合も、機関負荷(1ストローク当たりの吸
入空気量)Q/Neと目標とする空燃比(A/F、以下
AFとする)等に基づいて、まず、次式によって基本駆
動時間tp が算出される。
The fuel injection amount is set as fuel injection time (injector drive time, which is referred to as injector drive pulse width in actual control) t AU. In the case of the stoichiometric mode and the previous injection mode, In the latter case as well, in the late injection mode, the basic drive is first performed by the following equation based on the engine load (amount of intake air per stroke) Q / Ne and a target air-fuel ratio (A / F, hereinafter referred to as AF). time t p is calculated.

【0095】tp =(Q/Ne)×(1/AF)×(α
AIR /αFUEL)×(1/GINJ ) なお、機関負荷Q/Neは1ストローク当たりの吸入空
気量であり、エアフローセンサ11で検出された吸入空
気量Qをエンジン回転数センサ(クランク角センサ)2
1で検出されたエンジン回転数Neで除算することで求
められる。また、αAIR は空気密度、αFUELは燃料密
度、GINJ はインジェクタゲインである。
T p = (Q / Ne) × (1 / AF) × (α
AIR / α FUEL ) × (1 / G INJ ) The engine load Q / Ne is the amount of intake air per stroke, and the amount of intake air Q detected by the air flow sensor 11 is used as the engine speed sensor (crank angle sensor). ) 2
It is obtained by dividing by the engine speed Ne detected at 1. Α AIR is the air density, α FUEL is the fuel density, and G INJ is the injector gain.

【0096】そして、燃料噴射時間tAUは、次式で算出
される。 tAU=tp ×f+tD なお、fは各種の燃料補正係数であり、この燃料補正係
数fは、水温センサ19で検出されたエンジン冷却水
温,吸気温センサ12で検出された吸気温,大気圧セン
サ13で検出された大気圧等に応じて設定される。ま
た、tD はインジェクタ無駄時間(デッドタイム)であ
る。
The fuel injection time t AU is calculated by the following equation. t AU = t p × f + t D Here, f is various fuel correction coefficients, and the fuel correction coefficient f is the engine cooling water temperature detected by the water temperature sensor 19, the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 12, The setting is made according to the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 13 and the like. Further, t D is the injector dead time (dead time).

【0097】次に、排出ガス還流量制御手段104につ
いて説明すると、排出ガス還流量制御手段104は、各
種センサ類106からの検出情報に基づいて、排出ガス
還流手段としてのEGR装置10に備えられるEGRバ
ルブ10aを制御するものである。このため、この排出
ガス還流量制御手段104からの信号は燃料噴射制御手
段101に送られるようになっている。
Next, the exhaust gas recirculation amount control means 104 will be described. The exhaust gas recirculation amount control means 104 is provided in the EGR device 10 as the exhaust gas recirculation means based on detection information from various sensors 106. It controls the EGR valve 10a. Therefore, the signal from the exhaust gas recirculation amount control means 104 is sent to the fuel injection control means 101.

【0098】ここでは、通常の機能のほかに、触媒9を
活性化させるために排出ガスを昇温させるべく膨張行程
において追加燃料噴射を行なう場合に、排出ガス還流量
を減少又はカットするようにEGRバルブ10aを制御
する機能も有するものである。このため、燃料噴射制御
手段101からの信号は排出ガス還流量制御手段104
に送られるようになっている。
Here, in addition to the normal function, when the additional fuel injection is performed in the expansion stroke in order to raise the temperature of the exhaust gas in order to activate the catalyst 9, the exhaust gas recirculation amount is reduced or cut. It also has a function of controlling the EGR valve 10a. Therefore, the signal from the fuel injection control means 101 is output to the exhaust gas recirculation amount control means 104.
To be sent to

【0099】また、点火時期制御手段107は、クラン
ク角センサ21からの検出情報に基づいて、点火装置1
08としての点火プラグ35による点火時期TIGを制御
するものである。このため、この点火時期制御手段10
7からの信号は燃料噴射制御手段101に送られるよう
になっている。ここでは、通常の機能のほかに、触媒9
を活性化させるために排出ガスを昇温させるべく膨張行
程において追加燃料噴射を行なう場合に、点火時期TIG
を遅角させる機能も有するものである。このため、燃料
噴射制御手段101からの信号が点火時期制御手段10
7に送られるようになっている。
The ignition timing control means 107 controls the ignition device 1 based on the detection information from the crank angle sensor 21.
This is for controlling the ignition timing T IG by the ignition plug 35 as 08. Therefore, the ignition timing control means 10
The signal from 7 is sent to the fuel injection control means 101. Here, in addition to the usual functions, the catalyst 9
When the additional fuel injection is performed in the expansion stroke to increase the temperature of the exhaust gas to activate the ignition timing, the ignition timing T IG
Has a function of retarding the angle. For this reason, the signal from the fuel injection control means 101 is
7.

【0100】本排ガス浄化システムにおける昇温手段を
備えるECU23は、上述のように構成されているの
で、例えば図9に示すように通常燃料噴射制御が行なわ
れるとともに、図10に示すように昇温手段としての追
加燃料噴射制御手段102によって追加燃料噴射制御
(膨張行程燃料噴射制御)が行なわれる。まず、通常燃
料噴射制御について説明する。
The ECU 23 having the temperature raising means in the exhaust gas purifying system is configured as described above, so that, for example, the normal fuel injection control is performed as shown in FIG. 9 and the temperature is raised as shown in FIG. Additional fuel injection control (expansion stroke fuel injection control) is performed by additional fuel injection control means 102 as means. First, the normal fuel injection control will be described.

【0101】この制御は一定のクランク角毎に実行さ
れ、まず、ステップA10〜A30の処理を行なう。つ
まり、ステップA10で、エアフローセンサ11,回転
数センサ21で検出された吸入空気量Q,エンジン回転
数Neから、機関負荷Q/Ne(即ち、1ストローク当
たりの吸入空気量)を計算する。次に、ステップA20
で、上式に示すように、この機関負荷Q/Neに基づい
て、基本駆動時間tp を計算する。さらに、ステップA
30で、基本駆動時間tp に各種の燃料補正係数Kの乗
算等を行なって燃料噴射時間tAUを算出する。
This control is executed at every fixed crank angle. First, the processing of steps A10 to A30 is performed. That is, in step A10, the engine load Q / Ne (that is, the intake air amount per stroke) is calculated from the intake air amount Q detected by the air flow sensor 11 and the rotational speed sensor 21 and the engine rotational speed Ne. Next, step A20
In, as shown in the above equation, based on the engine load Q / Ne, calculating a basic drive time t p. Step A
30, calculates the fuel injection time t AU performs a multiplication of various fuel correction coefficient K to the basic drive time t p.

【0102】そして、これに基づいて、通常燃料噴射
(ステップA40)が行なわれる。次に、昇温手段とし
ての追加燃料噴射制御手段102による膨張行程燃料噴
射制御(追加燃料噴射制御)について説明すると、この
膨張行程燃料噴射制御は、前期噴射モード又は後期噴射
モードでのリーン運転モード時において行なわれる。図
8には、前期噴射モード時に膨張行程燃料噴射を行なっ
た場合について示してある。
Then, based on this, normal fuel injection (step A40) is performed. Next, the expansion stroke fuel injection control (additional fuel injection control) by the additional fuel injection control means 102 as the temperature increasing means will be described. This expansion stroke fuel injection control is performed in the lean operation mode in the first injection mode or the second injection mode. Done at time. FIG. 8 shows a case where the expansion stroke fuel injection is performed in the first injection mode.

【0103】まず、ステップB10,B20の処理を行
なう。つまり、ステップB10で媒温度θC.C を読み込
み、ステップB20で触媒温度θC.C が目標温度θ0
下か否かを判定する。この結果、触媒温度θC.C が目標
温度θ0 以下である場合は、膨張行程噴射制御を行なう
べく、ステップB30〜B90までの処理を行ない、触
媒温度θC.Cが目標温度θ0 以下でない場合は、膨張行
程噴射制御を行なわず、リターンする。
First, the processing of steps B10 and B20 is performed. That is, the medium temperature θ CC is read in step B10, and it is determined in step B20 whether the catalyst temperature θ CC is equal to or lower than the target temperature θ 0 . As a result, when the catalyst temperature θ CC is equal to or lower than the target temperature θ 0 , the processing from Steps B30 to B90 is performed to perform the expansion stroke injection control, and when the catalyst temperature θ CC is not equal to or lower than the target temperature θ 0 , The routine returns without performing the expansion stroke injection control.

【0104】膨張行程噴射制御では、まず、ステップB
30〜B60までの処理を行ない、膨張行程における噴
射開始時期TINJ を設定する。つまり、ステップB30
で目標負荷値(目標Pe),エンジン回転数Ne,冷却
水温度θW ,主燃焼における点火時期TIG,EGR量を
読み込む。次に、ステップB40でエンジン回転数Ne
及び目標負荷値Peに基づき予め記憶されているマップ
より、膨張行程における基本噴射開始時期TbINJ を読
み込む。そして、ステップB50で基本噴射開始時期T
INJ をEGR量,冷却水温度θW ,主燃焼における点
火時期TIGによって補正し、ステップB60で膨張行程
における噴射開始時期TINJ を設定する。
In the expansion stroke injection control, first, step B
The processing from 30 to B60 is performed to set the injection start timing T INJ in the expansion stroke. That is, step B30
Reads the target load value (target Pe), the engine speed Ne, the cooling water temperature θ W , the ignition timing T IG in the main combustion, and the EGR amount. Next, at step B40, the engine speed Ne
The basic injection start timing Tb INJ in the expansion stroke is read from a map stored in advance based on the target load value Pe. Then, at step B50, the basic injection start timing T
b INJ is corrected by the EGR amount, the coolant temperature θ W , and the ignition timing T IG in the main combustion, and in step B60, the injection start timing T INJ in the expansion stroke is set.

【0105】次に、ステップB70〜B90までの処理
を行ない、膨張行程におけるインジェクタ駆動時間t
PLUSを設定する。つまり、ステップB70で1気筒1サ
イクルあたりの吸入空気量Q、目標A/Fを読み込む。
次に、ステップB80で1気筒1サイクル当たりの吸入
空気量Qと目標A/Fとから主燃焼後の筒内に残存する
酸素量を求め、この酸素量に基づいて燃料量Mfuelを算
出する。そして、ステップB90で膨張行程における追
加燃料噴射の基本駆動時間tB を噴射開始時期TINJ
触媒温度θC.C によって補正して、膨張行程におけるイ
ンジェクタ駆動時間tPLUSを設定する。そして、この設
定に基づいて膨張行程での追加の燃料噴射が行なわれ
る。
Next, the processing of steps B70 to B90 is performed, and the injector drive time t during the expansion stroke is determined.
Set PLUS . That is, in step B70, the intake air amount Q per cylinder and one cycle and the target A / F are read.
Next, in step B80, the amount of oxygen remaining in the cylinder after the main combustion is obtained from the intake air amount Q per cylinder per cycle and the target A / F, and the fuel amount M fuel is calculated based on this oxygen amount. . Then, in step B90, the basic drive time t B of the additional fuel injection in the expansion stroke is changed to the injection start timing T INJ ,
The injector drive time t PLUS in the expansion stroke is set by correcting with the catalyst temperature θ CC . Then, additional fuel injection in the expansion stroke is performed based on this setting.

【0106】本実施形態の排ガス浄化システムは上述の
ように構成されるため触媒9が運転状態によって不活性
又は不活性に使い状態となる場合でも確実に触媒9を昇
温させることができ、浄化効率を悪化させることがな
い。また、本実施形態では、膨張行程中の追加噴射と、
膨張行程以降の追加噴射とを触媒の温度に応じて使い分
けているため触媒9の活性化が必要とされる低温始動時
等の如く触媒が不活性又は不活性に近い状態の場合にお
いては、膨張行程において排出ガスを再燃焼させること
により、排出ガスの温度を大幅に上昇させ、触媒9を効
率的に活性化させるとともに、一旦、目標温度θ0 又は
目標温度θ0近傍に達し、触媒温度低下が懸念されるア
イドル運転状態や減速運転状態には、混合気中の未燃燃
料成分を触媒9により燃焼させることにより、効率的に
触媒9を活性化させることができる。なお、昇温手段を
作用させる際には直接の触媒温度検出によらず、触媒温
度低下が懸念される運転状態(例えばアイドル運転状態
や減速運転状態)を検出してもよい。
Since the exhaust gas purifying system of this embodiment is configured as described above, the temperature of the catalyst 9 can be reliably raised even when the catalyst 9 is inactive or inactive depending on the operating state, There is no loss of efficiency. Also, in the present embodiment, additional injection during the expansion stroke,
Since the additional injection after the expansion stroke is selectively used according to the temperature of the catalyst, when the catalyst is in an inactive or nearly inactive state, such as at the time of a low temperature start where activation of the catalyst 9 is required, the expansion is performed. by reheating the exhaust gases in the process, significantly raising the temperature of the exhaust gas, together to efficiently activate the catalyst 9, once the target temperature theta 0 or target temperature theta 0 reaches the vicinity, lowering the catalyst temperature In an idle operation state or a deceleration operation state where there is a concern, the catalyst 9 can be activated efficiently by burning the unburned fuel component in the air-fuel mixture by the catalyst 9. When operating the temperature raising means, an operation state (for example, an idling operation state or a deceleration operation state) where the catalyst temperature may be lowered may be detected instead of directly detecting the catalyst temperature.

【0107】なお、本実施形態の排ガス浄化システムで
は、昇温手段としての追加燃料噴射制御手段102は、
上述のような機能を有するものとして構成しているが、
このような構成に限られるものではない。つまり、昇温
手段としての追加燃料噴射制御手段102を膨張行程中
に複数回に分けた分割噴射により追加燃料の噴射を行な
うように構成してもよい。また、昇温手段としての追加
燃料噴射制御手段102に触媒温度に基づいて膨張行程
中での追加燃料の噴射を行なう気筒数を設定する気筒設
定手段を備えさせ、この気筒設定手段によって設定され
た特定気筒で追加燃料の噴射を行なうように構成しても
よい。さらに、昇温手段としての追加燃料噴射制御手段
102を、触媒温度検出手段26からの検出情報に基づ
いて、触媒9の温度低下状態が検出又は推定された場合
に、膨張行程で追加の燃料噴射を行なうように構成して
もよい。
In the exhaust gas purifying system of the present embodiment, the additional fuel injection control means 102 as the temperature raising means
Although it is configured as having the above functions,
It is not limited to such a configuration. That is, the additional fuel injection control means 102 as the temperature raising means may be configured to inject the additional fuel by a plurality of divided injections during the expansion stroke. Further, the additional fuel injection control means 102 as the temperature raising means is provided with a cylinder setting means for setting the number of cylinders at which the additional fuel is injected during the expansion stroke based on the catalyst temperature, and is set by the cylinder setting means. You may comprise so that injection of additional fuel may be performed in a specific cylinder. Further, the additional fuel injection control means 102 as a temperature raising means is used to perform additional fuel injection during the expansion stroke when the temperature reduction state of the catalyst 9 is detected or estimated based on the detection information from the catalyst temperature detection means 26. May be performed.

【0108】また、本実施形態では、膨張行程中追加噴
射と、膨張行程以降の追加噴射とを触媒温度に応じて使
い分けているが追加燃料噴射制御手段102では膨張行
程での追加噴射のみを行なうよう設定しても良い。更
に、本実施形態の昇温手段は他のデバイスとしての安価
なシステムで排ガスを昇温できる点で有効ではあるが、
電気加熱触媒や2次エアを装置等の他のデバイスによっ
て、排ガスを昇温させても同様の効果を得ることができ
る。
Further, in this embodiment, the additional injection during the expansion stroke and the additional injection after the expansion stroke are selectively used according to the catalyst temperature. However, the additional fuel injection control means 102 performs only the additional injection during the expansion stroke. You may set as follows. Furthermore, although the temperature raising means of the present embodiment is effective in that the temperature of the exhaust gas can be raised by an inexpensive system as another device,
The same effect can be obtained even if the temperature of the exhaust gas is raised by another device such as an electric heating catalyst or secondary air device.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1記載の本
発明の排ガス浄化システムによれば、広範な運転領域で
の排ガス浄化(主に、NOX 浄化)が可能となるという
利点がある。この場合層状燃焼時にはEGRを大量に実
施しても燃焼悪化することが少ないので、ドライバビリ
ティを損なうことなくNOX 低減を図ることができる。
As described above in detail, according to the exhaust gas purifying system of the present invention according to claim 1, (primarily, NO X purifying) exhaust gas purification in the wide operating range is an advantage that it is possible is there. Since it is less in this case also deteriorates combustion performed EGR in large quantities at the time of stratified combustion, it is possible to NO X reduction without sacrificing drivability.

【0110】請求項2記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、予混合燃焼によるリーン運転時には、主に
リーンNOX 触媒でNOX を浄化し、層状燃焼によるリ
ーン運転時には排ガス還流手段によりNOX を浄化する
ことで広範な運転領域で確実に排ガスを浄化できるとい
う利点がある。請求項3記載の本発明の排ガス浄化シス
テムによれば、広範な運転領域での排ガス浄化(主に、
NOX 浄化)が可能となり、特に、層状燃焼によるリー
ン運転時に、排ガス還流手段により十分にNOX の発生
が抑制されなかった分を低温型リーンNOX 触媒で浄化
できるので、さらに排ガス浄化効率を向上させることが
できるという利点がある。
[0110] According to the exhaust gas purifying system of the present invention described in claim 2, during lean operation by the premixed combustion is primarily to purify the NO X in the lean NO X catalyst, the exhaust gas recirculation means during the lean operation with stratified combustion NO By purifying X , there is an advantage that exhaust gas can be reliably purified in a wide range of operation. According to the exhaust gas purification system of the third aspect of the present invention, exhaust gas purification (mainly,
NO X purification) becomes possible, in particular, during the lean operation with stratified combustion, since the amount of generation of sufficient NO X was not suppressed by the exhaust gas recirculation means can purify by low-temperature lean NO X catalyst, a further exhaust gas purification efficiency There is an advantage that it can be improved.

【0111】請求項4記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、リーンNOX 触媒の温度が低下した場合に
も確実に触媒温度を昇温させることができ、これによっ
て触媒の浄化効率の悪化を抑制することができるという
利点がある。請求項5記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、排気通路等からの放熱を防止し、排気温度
の急激な低下を抑え、触媒の浄化効率の悪化を抑制する
ことができるという利点がある。また、昇温手段を備え
る場合、触媒の昇温効率を良好にでき、触媒の浄化効率
を向上させることができるという利点がある。
[0111] According to the exhaust gas purifying system of the present invention described in claim 4, also it can be reliably raise the temperature of the catalyst temperature when the temperature of the lean NO X catalyst is lowered, thereby deteriorating the purification efficiency of the catalyst Can be suppressed. According to the exhaust gas purifying system according to the fifth aspect of the present invention, there is an advantage that heat radiation from an exhaust passage or the like can be prevented, a rapid decrease in exhaust gas temperature can be suppressed, and a decrease in catalyst purification efficiency can be suppressed. . In addition, when the temperature raising means is provided, there is an advantage that the temperature raising efficiency of the catalyst can be improved, and the purification efficiency of the catalyst can be improved.

【0112】請求項6記載の本発明の排ガス浄化システ
ムによれば、排気マニホールドの熱劣化を防止できると
いう利点がある。請求項7記載の本発明の排ガス浄化シ
ステムによれば、広範な運転領域(広範な排ガス温度特
性)での排ガス浄化(主に、NOX 浄化)が可能となる
という利点がある。
According to the exhaust gas purifying system of the present invention, there is an advantage that thermal deterioration of the exhaust manifold can be prevented. According to the exhaust gas purifying system of the present invention according to claim 7, exhaust gas purification in the wide operating range (wide exhaust gas temperature characteristics) (mainly, NO X purification) is advantageous in that it is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態としての排ガス浄化シス
テムの全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas purification system as a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態の排ガス浄化システムに
おける保温手段を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a view schematically showing a heat retaining means in an exhaust gas purification system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態の排ガス浄化システムに
おける保温手段の変形例を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a view schematically showing a modification of the heat retaining means in the exhaust gas purification system according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態としての排ガス浄化シス
テムにおける制御ブロック図である。
FIG. 4 is a control block diagram in the exhaust gas purification system as the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態としての本エンジンの運
転モードについて説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation mode of the engine according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態としてのEGR装置にお
ける層状リーン燃焼運転時のEGR導入率及び空燃比の
設定について説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the setting of an EGR introduction rate and an air-fuel ratio during stratified lean combustion operation in the EGR device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施形態及び第3実施形態として
の排ガス浄化システムの制御系の要部構成を模式的に示
す制御ブロック図である。
FIG. 7 is a control block diagram schematically illustrating a main configuration of a control system of an exhaust gas purification system according to a second embodiment and a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施形態としての排ガス浄化シス
テムの追加燃料の噴射タイミングを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing injection timing of additional fuel in an exhaust gas purification system as a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施形態としての排ガス浄化シス
テムの通常燃料噴射制御を説明するためのフローチャー
トである。
FIG. 9 is a flowchart for explaining normal fuel injection control of an exhaust gas purification system as a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施形態としての排ガス浄化シ
ステムの追加燃料噴射制御を説明するためのフローチャ
ートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating additional fuel injection control of an exhaust gas purification system as a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施形態としての排ガス浄化シ
ステムによって膨張行程において追加燃料噴射を行なっ
た場合の筒内圧及び熱発生率を説明するための図であ
る。
FIG. 11 is a diagram for explaining an in-cylinder pressure and a heat generation rate when additional fuel injection is performed in an expansion stroke by an exhaust gas purification system according to a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2実施形態としての排ガス浄化シ
ステムの追加燃料噴射制御において用いられるマップを
示す図であり、(a)は冷却水温θW、(b)は噴射開
始時期TINJ、(c)は触媒温度θC.Cに関する。
FIG. 12 is a diagram showing a map used in additional fuel injection control of an exhaust gas purification system as a second embodiment of the present invention, where (a) shows a cooling water temperature θ W , (b) shows an injection start timing T INJ , (C) relates to the catalyst temperature θ CC .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼室 2 吸気通路 2a サージタンク 3 排気通路 3a 排気マニホールド 3b 排気管 4 吸気弁 5 排気弁 6 エアクリーナ 7 スロットル弁 8 インジェクタ(燃料噴射弁) 8a インジェクタソレノイド 8b インジェクタソレノイド用スイッチングトランジ
スタ 9 排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コ
ンバータ 9A 高温型リーンNOx 触媒(リーンNOx 触媒) 9B 低温型リーンNOx 触媒(リーンNOx 触媒) 10 排出ガス再循環装置(排ガス還流手段) 10b 排気還流通路 10a EGRバルブ 11 エアフローセンサ 12 吸気温センサ 13 大気圧センサ 14 スロットルセンサ 15 アイドルスイッチ 16 アイドルスピードコントロールバルブ(ISCバ
ルブ) 16A バイパス路 17 酸素濃度センサ(O2 センサ) 19 冷却水温度センサ 20 クランキングスイッチ又はイグニッションスイッ
チ 21 クランク角センサ(エンジン回転数センサ) 22 TDCセンサ(気筒判別センサ) 23 電子制御ユニット(ECU) 24 アクセルポジションセンサ 25 バッテリセンサ 26 触媒温度検出手段としての触媒温度センサ(検出
手段) 27 CPU 28,29 入力インタフェイス 30 アナログ/デジタルコンバータ 31 ROM 32 RAM 34 噴射ドライバ(燃料噴射弁駆動手段) 35 点火プラグ 40 保温部材(保温手段) 40a グラスウール 40b 鉄板 41 2重管構造(保温手段) 42 内板 42a,42b 内板 43 外板 44 空気層 45 スチールメッシュ 50 エアバイパスバルブ(ABV) 50A バイパス路 101 燃料噴射制御手段 102 追加燃料噴射制御手段(昇温手段) 102A 噴射開始時期設定部 102B 噴射時間設定部 103 通常燃料噴射制御手段 104 排出ガス還流量制御手段 106 各種センサ 107 点火時期制御手段 108 点火装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Intake passage 2a Surge tank 3 Exhaust passage 3a Exhaust manifold 3b Exhaust pipe 4 Intake valve 5 Exhaust valve 6 Air cleaner 7 Throttle valve 8 Injector (fuel injection valve) 8a Injector solenoid 8b Switching transistor for injector solenoid 9 Exhaust gas purification the catalyst as an exhaust gas purifying catalyst converter 9A high-temperature type lean NO x catalyst (lean NO x catalyst) 9B low-temperature lean NO x catalyst (lean NO x catalyst) 10 exhaust gas recirculation system (exhaust gas recirculation means) 10b exhaust gas recirculation passage 10a EGR valve 11 the air flow sensor 12 intake air temperature sensor 13 atmospheric pressure sensor 14 throttle sensor 15 idle switch 16 idle speed control valve (ISC valve) 16A bypass passage 17 oxygen concentration sensor (O 2 19) Cooling water temperature sensor 20 Cranking switch or ignition switch 21 Crank angle sensor (engine speed sensor) 22 TDC sensor (cylinder discrimination sensor) 23 Electronic control unit (ECU) 24 Accelerator position sensor 25 Battery sensor 26 Catalyst temperature detection Catalyst temperature sensor (detecting means) as means 27 CPU 28, 29 Input interface 30 Analog / digital converter 31 ROM 32 RAM 34 Injection driver (fuel injection valve driving means) 35 Spark plug 40 Heat retaining member (heat retaining means) 40a Glass wool 40b Iron plate 41 Double pipe structure (heat insulation means) 42 Inner plate 42a, 42b Inner plate 43 Outer plate 44 Air layer 45 Steel mesh 50 Air bypass valve (ABV) 50A Bypass path 101 Fuel injection Control means 102 additional fuel injection control unit (heating device) 102A injection start timing setting unit 102B injection time setting unit 103 normal fuel injection control means 104 exhaust gas recirculation amount control means 106 sensors 107 an ignition timing control means 108 ignition device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 41/02 301 F02M 25/07 570A B01D 53/36 ZAB F02M 25/07 570 101B (72)発明者 三林 大介 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 山田 尚人 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 広信 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display F02D 41/02 301 F02M 25/07 570A B01D 53/36 ZAB F02M 25/07 570 101B (72) Invention Person Daisuke Mibayashi 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Naoto Yamada 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Invention Hironobu Sato 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Motors Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、 上記機関の排気通路内に配設され、主にNOx を浄化す
るリーンNOx 触媒を備え、 上記リーンNOx 触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンNOx 触媒と、触媒活性温度域が該高温型リーン
NOx 触媒よりも低い低温型リーンNOx 触媒とから構
成されていることを特徴とする、排ガス浄化システム。
1. A injecting fuel directly into a combustion chamber, provided in-cylinder injection type internal combustion engine switching between premixed lean combustion and stratified lean combustion, disposed in the exhaust passage of the engine, mainly NO x includes a lean NO x catalyst for purifying, the lean NO x catalyst, and a catalyst activation temperature range is higher high-temperature lean NO x catalyst, the catalyst activation temperature range is the high-temperature lean NO x low low-temperature lean NO of the catalyst An exhaust gas purification system comprising an x catalyst.
【請求項2】 燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、 上記機関の排気通路内に配設され、少なくとも上記予混
合リーン燃焼時に主にNOx を浄化するリーンNOx
媒と、 上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記機関の吸気通路内
に還流する排ガス還流手段とを備えたことを特徴とす
る、排ガス浄化システム。
2. An in-cylinder injection type internal combustion engine which injects fuel directly into a combustion chamber and switches between premixed lean combustion and stratified lean combustion, is provided in an exhaust passage of the engine, and includes at least the premixed fuel. a lean NO x catalyst for purifying mainly NO x during lean combustion, characterized in that the exhaust gas and a flue gas recirculation means for recirculating into the intake passage of the engine when the layered lean combustion, the exhaust gas purification system.
【請求項3】 燃焼室内に直接燃料を噴射し、予混合リ
ーン燃焼と層状リーン燃焼とを切り換える筒内噴射型内
燃機関に設けられ、 上記機関の排気通路内に配設され、少なくとも上記予混
合リーン燃焼時に主にNOx を浄化するリーンNOx
媒と、 上記層状リーン燃焼時に排ガスを上記機関の吸気通路内
に還流する排ガス還流手段とを備え、 上記リーンNOx 触媒が、触媒活性温度域が高い高温型
リーンNOx 触媒と、該高温型リーンNOx 触媒の下流
に設けられ触媒活性温度域が該高温型リーンNOx 触媒
よりも低い低温型リーンNOx 触媒とから構成されてい
ることを特徴とする、排ガス浄化システム。
3. An in-cylinder injection type internal combustion engine which injects fuel directly into a combustion chamber and switches between premixed lean combustion and stratified lean combustion, is provided in an exhaust passage of the engine, and includes at least the premixed fuel. includes a lean NO x catalyst for purifying mainly NO x during lean combustion, the exhaust gas when the layered lean combustion and exhaust gas recirculation means for recirculating into the intake passage of the engine, the lean NO x catalyst, the catalyst activation temperature range and a high high-temperature lean NO x catalyst, the catalyst activation temperature range is provided downstream of the high-temperature lean NO x catalyst is composed of the lower low temperature lean NO x catalyst than the high-temperature lean NO x catalyst An exhaust gas purification system characterized by the following.
【請求項4】 上記リーンNOx 触媒の温度を検出又は
推定する検出手段と、該検出手段により触媒温度低下が
検出又は推定された場合に上記リーンNOx触媒を昇温
させる昇温手段とを備えたことを特徴とする、請求項1
〜3のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
4. A detecting means for detecting or estimating the temperature of the lean NO x catalyst, and a Atsushi Nobori means for raising the temperature of the lean NO x catalyst when the catalyst temperature decrease is detected or estimated by said detection means 2. The device according to claim 1, wherein
An exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 上記リーンNOx 触媒の上流の上記排気
通路外周に保温手段を設けたことを特徴とする、請求項
1〜4のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
5. The exhaust gas purifying system according to claim 1, wherein a heat retaining means is provided on an outer periphery of said exhaust passage upstream of said lean NO x catalyst.
【請求項6】 上記保温手段が、上記燃焼室近傍の排気
マニホールド周辺を除いて設けられていることを特徴と
する、請求項5記載の排ガス浄化システム。
6. The exhaust gas purifying system according to claim 5, wherein said heat retaining means is provided except for the vicinity of an exhaust manifold near said combustion chamber.
【請求項7】 上記高温型リーンNOx 触媒がイリジウ
ム系触媒であり、上記低温型リーンNOx 触媒が白金系
触媒であることを特徴とする、請求項1,3〜6のいず
れかに記載の排ガス浄化システム。
7. The high temperature lean NO x catalyst is iridium catalysts, and wherein the low temperature lean NO x catalyst is a platinum-based catalyst, according to any one of claims 1,3~6 Exhaust gas purification system.
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