JPH11107813A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼制御装置

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JPH11107813A
JPH11107813A JP9272894A JP27289497A JPH11107813A JP H11107813 A JPH11107813 A JP H11107813A JP 9272894 A JP9272894 A JP 9272894A JP 27289497 A JP27289497 A JP 27289497A JP H11107813 A JPH11107813 A JP H11107813A
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JP
Japan
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fuel
combustion
temperature
catalyst
internal combustion
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Withdrawn
Application number
JP9272894A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Dougahara
隆 堂ヶ原
Katsunori Kaneko
勝典 金子
Kazuhide Togai
一英 栂井
Yasuki Tamura
保樹 田村
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室に燃料を直接噴射する内燃機関であっ
て、その排気通路にNOx触媒を備え、排気空燃比をリ
ッチ化してNOx触媒に吸着されたイオウ成分を効果的
に放出させることのできる燃焼制御装置を提供する。 【解決手段】 NOx触媒に吸着されたイオウ成分を放
出させる際、燃料噴射制御手段として、燃焼サイクルに
おける吸気行程と膨張行程との2回に分けて燃料を噴射
する燃料噴射モードを備え、効果的に触媒温度を上昇さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路にNOx
触媒を設けた内燃機関に係り、特にNOx触媒に吸着さ
れたイオウ成分(SOx)を放出させてNOx触媒を再生
する内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】理論空燃比よりも希薄な空燃比の
混合気で運転される、所謂リーンバーン・エンジンにお
いては、リーン運転時に排出されるNOxを浄化して排
気ガス特性を高めるべく、その排気通路にNOx触媒が
設けられる。またこのNOx触媒の上流側に、三元触媒
を設けたり、排気ガス中に含まれるイオウ成分によるN
Ox触媒の被害を防止するSOx触媒を設けることも行わ
れる。
【0003】ちなみに上記NOx触媒は、排気空燃比が
リーンのときに排気ガス中のNOxを吸着し、前記排気
ガス中の酸素濃度が低下したときに既に吸着したNOx
を放出するものであり、またSOx触媒は排気ガス中の
SOxを吸収し、前記排気空燃比がリッチなときに既に
吸着したSOxを分解して放出するものである。また三
元触媒は、その触媒近傍に存在する炭化水素(HC)と
一酸化炭素(CO)とを用いてNOxを還元する作用を
呈する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところでNOx触媒に
イオウ成分(SOx)が吸着すると、その触媒能力が大
幅に低下することから、排気空燃比をリッチ化すると共
に、触媒温度を高温化してSOxを放出させる、所謂触
媒再生処理が実行される。この触媒再生処理は、内燃機
関を一時的にリッチ運転すると共に、例えば点火時期を
遅角制御することで排気ガス温度を高めることによって
実行される。また燃焼室内に燃料を直接噴射するタイプ
の内燃機関においては、例えば特開平8−100638
号公報に示されるように、その燃焼サイクルの圧縮行程
と膨張行程との2回に分けて燃料を噴射することで、排
気ガス温度を高めて触媒を活性化することが行われる。
【0005】しかしながら上述した如く燃料噴射を2回
に分けて内燃機関の燃焼を制御する場合、スモークの発
生の問題から圧縮行程で噴く燃料量に制約があり、必然
的に膨張行程における燃料噴射量を多くせざるを得な
い。すると内燃機関から未燃焼状態の燃料が排出され易
くなり、NOx触媒やSOx触媒の上流側荷設けられた三
元触媒での反応が活発化する。即ち、空燃比をリッチ化
すると雖も全ての空気が燃焼に供されず、三元触媒上で
反応すると言う現象が生じる。この結果、NOx触媒や
SOx触媒がSOxの放出に必要な触媒温度に至る前に、
三元触媒が過昇温し、その耐熱温度を超える虞が生じ
る。
【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、三元触媒の過昇温を防止しなが
らNOx触媒の温度を高め、且つ排気空燃比をリッチ化
してNOx触媒に吸着されたイオウ成分を効果的に放出
させることのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼室に
燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の排気
通路に、NOx触媒を設けたものであって、NOx触媒に
吸着されたイオウ成分を放出させる際、前記内燃機関の
燃焼を制御して前記排気空燃比をリッチ化する燃焼制御
手段が、その燃焼サイクルにおける吸気行程と膨張行程
との2回に分けて燃料を噴射する燃料噴射モードを備え
ていることを特徴としている。
【0008】特に請求項2に記載するように燃焼制御手
段においては、NOx触媒に吸着されたイオウ成分を放
出させる際の内燃機関の運転状態に応じて、上記吸気行
程と膨張行程との2回に分けて燃料噴射する燃料噴射モ
ードと、吸気行程で噴射した燃料に対する点火時期を制
御する点火時期制御モードとを選択的に実行することを
特徴としている。
【0009】即ち、本発明は、排気空燃比をリッチ化し
てNOx触媒に吸着されたイオウ成分を放出させる際、
燃焼サイクルにおける吸気行程と膨張行程との2回に分
けて燃料を噴射することで膨張行程における燃料噴射量
を少なくし、これによって未燃焼燃料の排出を抑え、N
Ox触媒からのイオウ成分の放出を効率的に行わせ得る
ようにしたことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置について説明す
る。図1は実施形態に係る燃焼制御装置の概略構成図
で、1は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁(図
示せず)を備えた、所謂筒内直接噴射型のエンジン本体
である。このエンジン本体1の排気通路2には、三元触
媒3、SOx触媒4,およびNOx触媒5がその上流側か
ら順に組み込まれており、エンジン本体1から排出され
た排気ガス中のSOxやNOxが浄化された後、そのテー
ルパイプに導かれるようになっている。
【0011】一方、前記エンジン本体1の燃焼を制御す
る燃焼制御装置6は、例えばマイクロプロセッサを主体
として構成され、基本的にはアクセル操作状態やエンジ
ン負荷の状態等に応じてその燃焼モードを制御する。例
えば図2に示すようにエンジン回転数Neとエンジン負
荷Peとに応じて、その空燃比(A/F)を制御するも
のとなっている。具体的には、軽負荷状態でエンジン回
転数Neが小さい場合には、燃焼サイクルにおける圧縮
行程で燃料を噴射して希薄燃焼を実現する圧縮リーンモ
ードで運転し、また軽・中負荷状態の場合には、吸気行
程で燃料を噴射して希薄燃焼を実現する吸気行程噴射モ
ードで運転する。またアクセル操作に伴うエンジン出力
が要求される場合には、ストイキオモードで運転し、更
に高負荷状態の場合にはエンリッチモードで運転するも
のとなっている。前述したNOx触媒5は、エンジン本
体1が上述したリーンモードで運転される際、該エンジ
ン本体1から多量に排出されるNOxを吸着し、これに
よって排気特性を向上させる役割を担う。
【0012】さて基本的には上述した如くエンジン本体
1の燃焼を制御する燃焼制御部6において本発明が特徴
とする機能は、NOx触媒5に吸着されたイオウ成分で
あるSOx吸着量を推定する推定手段6aと、SOx吸着
量が所定量を越えたとき、運転状態検出手段6bにて検
出される運転状態に応じて、例えば一時的にエンジン本
体1をリッチ運転して排気空燃比のリッチ化を図り、こ
れによってNOx触媒5に吸着されたSOxを分解して放
出させる為の燃焼モードを備えている。
【0013】この燃焼モードは、例えば点火時期を遅角
制御して排気ガスの温度を低下させる点火時期制御手段
6c、または燃料の噴射を燃焼サイクルの吸気行程と膨
張行程との2回に分ける燃料噴射制御手段6dを、エン
ジン本体1の運転状態に応じて選択的に作動させること
によって実現される。具体的には、エンジン本体1が圧
縮リーンモードで運転されており、この状態で一時的に
空燃比をリッチ化する場合には、図2において斜線部A
で示すように吸気行程と膨張行程との2回噴射で、未燃
焼燃料の排出を抑制しながら排気ガスの温度を高め、そ
の燃焼が制御される。またエンジン本体1が図2におい
て斜線部Bで示すような領域で運転される手いる場合に
は、吸気行程噴射で空燃比をリッチとし、点火時期を遅
角制御して排気がすの温度が高められる。
【0014】ちなみに、例えば空燃比を[24]以上に
してリーン運転を行う場合には圧縮行程噴射が行われ、
空燃比が[24]未満のリーン運転やストイキオ運転、
或いはエンリッチ運転を行う場合には、専ら吸気行程噴
射が行われる。このような燃料の噴射時期に対し、NO
x触媒再生の為のリッチ化と排温上昇とを、更に膨張行
程で燃料を噴射することで実現する場合、そのトータル
空燃比を、例えば[12]程度に合わせるべく、図3に
示すように圧縮行程噴射に膨張行程噴射を追加すると、
三元触媒とNOx触媒との温度差が大きくなってしま
う。このような状態は、NOx触媒が所定の温度に達す
る前に、三元触媒がその耐熱温度を超えてしまうことを
意味し、その耐久性が著しく悪化する。
【0015】一方、吸気行程噴射でリッチ運転し、点火
時期を遅角して排気温度を上げるようにすれば、上述し
た2回噴射に比較してNOx触媒の再生に必要なCOを
多量に生成することができる。しかし図2の領域Aに示
すような運転状態では、点火時期の遅角だけでは排気温
度を十分に上げることができず、NOx触媒を効率的に
再生することができない。
【0016】本実施形態では、エンジン本体1の運転状
態に応じて、図3に示すような温度変化の傾向を示す触
媒温度に着目し、前記燃焼制御部6においてNOx触媒
5からのSOxの放出による触媒再生が必要なとき、そ
のときの運転状態に応じて前述した点火時期調整手段6
cおよび燃焼制御手段6dを選択的に作動させ、これに
よって各触媒3,4,5の温度を適正に制御するものとな
っている。具体的には、三元触媒3の過昇温を抑えなが
ら、NOx触媒5を適当な温度まで昇温するものとなっ
ている。
【0017】図4はこのような観点に立脚して実行され
る前記燃焼制御部6での処理手続きの概略的な流れを示
すもので、先ずNOx触媒5におけるSOxの吸着量を推
定することから開始される[ステップS1]。このSO
x吸着量の推定は、例えばエンジン本体1をリーン運転
している際の燃料噴射パルスの時間幅を積算することに
よって行われる。しかして推定されたSOx吸着量を所
定の閾値と比較し、そのSOx吸着量が、NOx触媒5か
らSOxを放出させて該NOx触媒5を再生する必要が生
じたレベルに達したかを判定する[ステップS2]。
尚、SOx吸着量が少ない場合には、以下に示すSOxの
放出によるNOx触媒5の再生処理を実行することな
く、そのままリターンする。
【0018】さてSOx吸着量が所定の閾値を超えた場
合には、先ずそのときの空燃比(A/F)やエンジン回
転数Ne等を読み込み、エンジン本体1の運転状態を検
出する[ステップS3]。そして検出された運転状態か
ら、例えば図2において領域Bであるか否かを判定する
[ステップS4]。このような判定処理の下で、そのと
きの運転状態に応じてエンジン本体1の運転を制御す
る。
【0019】具体的には、エンジン本体1が領域Bで運
転されている場合には、空燃比をリッチ化すると共に、
前記点火時期制御手段6cを作動させてその点火時期を
調整して排気ガスの温度を調整する[ステップS5]。
例えば温度センサを用いて検出される三元触媒3やNO
x触媒5の温度に基づいて点火時期を遅角/進角制御
し、排気ガスの温度を調整しながら、その排気空燃比を
リッチ化する。
【0020】一方、エンジン本体1が領域Aで運転され
ている場合には、空燃比をリッチ化すると共に、燃料噴
射制御部6dを作動させて噴射燃料量を吸気行程と膨張
行程の2回に分けて噴射する[ステップS6]。即ち、
吸気行程と膨張行程との2回に分けて燃料を噴射するこ
とで、ある程度の燃料量を吸気行程で噴射するように
し、膨張行程で噴射する燃料量を少なくする。このよう
な2回噴射により、膨張行程で噴射された燃料が未燃焼
状態のまま排出される量を極力抑える。そして未燃焼燃
料の三元触媒3における反応を抑え、その過昇温を防止
する。
【0021】かくして上述した如く排気空燃比をリッチ
化してNOx触媒5に吸着されたイオウ成分(SOx)を
放出させる際、そのときの運転モードに応じて点火時期
を遅角制御することで排気ガスの温度自体を制御し、或
いは吸気行程と膨張行程との2回噴射により未燃焼燃料
の放出を抑えるので、三元触媒3の過昇温を防止しなが
ら、NOx触媒5の温度をSOxの放出に必要な温度にま
で十分高めることができる。
【0022】特にNOx触媒5からSOxを放出させる場
合、例えばその排気空燃比を[12]程度にリッチ化し、
NOx触媒5の温度を略600℃以上にする必要があ
り、これらの条件を満たすエンジン本体1の運転モード
の1つとして、吸気行程と膨張行程の2回に分けて燃料
を噴射するモードを採用している。このような2回噴射
のモードによれば、膨張行程で噴いた燃料の燃焼によ
り、排気ガスの温度を安定的に高めることができる。し
かも主たる燃料の噴射を圧縮行程ではなく、吸気行程に
て行うので、スモークの発生やHCの増加の問題を招く
ことがない。従って膨張行程で噴く燃料量を少なく抑え
ることができるので、未燃焼燃料がそのまま排出される
虞がなくなり、三元触媒3における未燃焼燃料の不本意
な反応を抑え、その過昇温を防止することが可能とな
る。この結果、前述したように三元触媒3の過昇温を防
止しながら、NOx触媒5の温度をSOxの放出に必要な
温度にまで十分高めることが可能となる。
【0023】また上述した制御によれば、三元触媒3の
過昇温を効果的に抑えることができるので、排気ガス温
度によるNOx触媒5の温度制御を広範囲に亘って行う
ことが可能となるので、NOx触媒5からのSOxの放出
を効率的に行うことが可能となる等の効果が奏せられ
る。尚、吸気行程と膨張行程との2回に分けて噴く燃料
量の割合は、エンジン回転数や、NOx触媒5に要求さ
れる温度等に従って、例えば排気ガスの温度を管理しな
がら調整するようにすれば良い。またNOx触媒5とそ
の上流側の三元触媒3との間にSOx触媒4が設けられ
る場合であっても、同様に燃焼制御を実行することが可
能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気ガスの温度を安定的に、且つ効果的に上昇させてNO
x触媒からのイオウ成分の放出に必要な触媒温度を確保
することができる等の実用上多大なる効果が奏せられ
る。またNOx触媒の上流に別の触媒を配置したシステ
ムでは、別の触媒に対する過昇温を抑制しながら、効率
的にNOx触媒の温度を上昇させ得る等の効果が奏せら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃焼制御
装置の概略構成を示す図。
【図2】内燃機関の燃焼モードと、点火時期制御および
燃料の2回噴射による排気ガス温度の制御領域を示す
図。
【図3】2回噴射合計の空燃比を所定リッチにしたとき
の内燃機関の運転状態による三元触媒とNOx触媒との
温度差の傾向を示す図。
【図4】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃焼制御
の処理手順の例を示す図。
【符号の説明】
1 エンジン本体 3 三元触媒 4 SOx触媒 5 NOx触媒 6 燃焼制御部 6a SOx吸着量推定手段 6b 運転状態検出手段 6c 点火時期制御手段 6d 燃焼噴射制御手段(吸着行程と膨張行程の2回噴
射)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/08 ZAB F01N 3/24 ZABL 3/20 ZAB F02D 41/34 ZABH 3/24 ZAB B01D 53/36 ZAB F02D 41/34 ZAB 101A F02P 5/15 ZAB F02P 5/15 ZABB (72)発明者 田村 保樹 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
    を備えた内燃機関と、 この内燃機関の排気通路に設けられて、排気空燃比がリ
    ーンのときに排気ガス中のNOxを吸着し、前記排気ガ
    ス中の酸素濃度が低下したときに既に吸着したNOxを
    放出するNOx触媒と、 前記内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程と膨張行
    程との2回に分けて燃料を噴射する燃料噴射モードを備
    え、NOx触媒に吸着されたイオウ成分を放出させる
    際、前記内燃機関の燃焼を制御して前記排気空燃比をリ
    ッチ化する燃焼制御手段とを具備したことを特徴とする
    内燃機関の燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】 前記燃焼制御手段は、NOx触媒に吸着
    されたイオウ成分を放出させる際の内燃機関の運転状態
    に応じて、吸気行程と膨張行程との2回に分けて燃料噴
    射する燃料噴射モードと、吸気行程で噴射した燃料に対
    する点火時期を制御する点火時期制御モードとを選択的
    に実行することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関
    の燃焼制御装置。
JP9272894A 1997-10-06 1997-10-06 内燃機関の燃焼制御装置 Withdrawn JPH11107813A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017145776A (ja) * 2016-02-18 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 ガソリンエンジンの制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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