WO2005005811A1 - 内燃機関 - Google Patents

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Yasuyuki Irisawa
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that is operated at a lean air-fuel ratio in which the ratio of air to fuel is larger than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-15 8 4 62 there is an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-15 8 4 62.
  • the apparatus of the publication when it is detected by the acceleration detection means that the vehicle is in an accelerated state, it is disclosed that the boost pressure is increased while the air-fuel ratio remains lean.
  • the device described in the publication is operated at a lean air-fuel ratio within the range indicated by region 2 in FIG. 6 of the publication, and is not operated at a lean air-fuel ratio at high speed and high load.
  • the device described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-2 3 3 2 7 discloses an internal combustion engine that operates at a high speed, a high load and a lean air-fuel ratio, and is shown in FIG. In this way, the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio in the low / medium speed and low / medium load regions.
  • the internal combustion engine of Patent Document 1 has a high fuel consumption in a high speed and high load operation region because it is not operated at a lean air-fuel ratio in a high speed and high load operation region.
  • the internal combustion engine disclosed in Patent Document 2 is operated at a theoretical air-fuel ratio in the low / medium speed and low / medium load regions, and the fuel consumption in the low / medium speed / low / medium load operation region is low. Many. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can be operated at a lean air-fuel ratio in a wide operating range and has a small amount of fuel consumption.
  • the operation is performed at a predetermined fixed air-fuel ratio in the operation region where the intake air amount is less than or equal to the predetermined value, and in the operation region where the intake air amount exceeds the predetermined value, the increase in the intake air amount
  • An internal combustion engine is provided that operates at a variable lean air-fuel ratio that increases from a fixed air-fuel ratio.
  • the operation is performed at a predetermined fixed air-fuel ratio in the operation region where the intake air amount is equal to or less than the predetermined air amount, and the intake air is operated in the operation region where the intake air amount exceeds the predetermined air amount.
  • the fuel consumption is small because the engine is operated at a variable lean air-fuel ratio that increases from the fixed air-fuel ratio as the amount increases.
  • N O x does not increase by increasing the air-fuel ratio as the intake air amount increases.
  • the intake air amount is controlled by the intake air amount control means, and the intake air amount control means adjusts the intake air amount in accordance with the depression amount of the accelerator pedal.
  • the intake air amount control means adjusts the intake air amount in accordance with the depression amount of the accelerator pedal.
  • the operation is performed with the intake air amount increased as compared with the operation region with the fixed air-fuel ratio, and the pumping loss is reduced and the fuel consumption is improved.
  • the intake air amount control means is an electronic throttle valve that controls the opening of the throttle valve according to an electric signal, and the accelerator pedal is depressed to detect the depression amount of the accelerator pedal. Quantity inspection An outlet means is provided, and the electronic throttle valve controls the opening of the throttle valve based on an electric signal from the pedal depression amount detecting means.
  • a supercharger for pressurizing the intake air is provided, and the intake air amount is increased by the supercharger at least in an operation region at a variable lean air-fuel ratio.
  • the intake air amount is increased by the supercharger in the operation region at the variable air-fuel ratio.
  • the pressurized air cooling means for cooling the intake air pressurized by the supercharger, and the degree of cooling of the pressurized intake air by the pressurized air cooling means are controlled.
  • a pressurized air cooling control means and in the revolving region at a variable lean air-fuel ratio, the temperature of the intake air is controlled so that the temperature of the intake air becomes higher as the air-fuel ratio increases.
  • the temperature of the intake air is increased as the air-fuel ratio increases, and fuel atomization is promoted.
  • a bypass intake passage is provided that allows pressurized intake air to bypass without passing through the pressurized air cooling means, and the pressurized air cooling control means includes an amount of intake air that passes through the bypass intake passage. Is controlled to control the temperature of the pressurized intake air.
  • the pressurized air cooling means has a refrigerant flow path through which the refrigerant flows, and the pressurized air cooling control means controls the temperature of the pressurized intake air by controlling the flow rate of the refrigerant.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the second exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the NOx emission amount and the exhaust gas temperature when the intake air amount is increased while keeping the air-fuel ratio constant.
  • Fig. 4 shows the relationship between exhaust gas temperature and N O X purification rate.
  • FIG. 5 is a graph showing the intake air amount, the exhaust gas temperature, and the NOx emission amount with respect to the air-fuel ratio at the same torque in the lean region.
  • FIG. 6 is a diagram showing the setting of the air-fuel ratio with respect to the intake air amount in the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing a change in the NOx emission amount with respect to the intake air amount when the air-fuel ratio is set as shown in FIG.
  • Fig. 8 is a map of the amount of intake air versus the number of revolutions and accelerator pedal depression.
  • FIG. 9 is a map of the air-fuel ratio corresponding to FIG. 8 with respect to the rotation speed and the accelerator pedal depression amount.
  • FIG. 10 is a map of the fuel injection amount corresponding to the rotational speed and the accelerator pedal depression amount corresponding to FIG.
  • Fig. 11 is a map of the fuel injection timing corresponding to the number of revolutions and accelerator pedal depression, corresponding to Fig. 8.
  • Fig. 12 is a map of the ignition timing corresponding to the number of revolutions and accelerator pedal depression, corresponding to Fig. 8.
  • Fig. 13 is a map of the throttle valve opening corresponding to the rotation speed and the accelerator pedal depression amount corresponding to Fig. 8.
  • Fig. 14 is a graph showing the accelerator response ratio, that is, the relationship between the accelerator pedal depression amount and the throttle valve opening.
  • FIG. 15 is a flowchart of control in the first embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart of control in the second embodiment.
  • Figure 17 is a map of the required air temperature.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the control device of the present invention.
  • the internal combustion engine 1 is a V-type 6-cylinder gasoline engine, and a fuel injection valve 1 a and a spark plug 1 b are attached to each cylinder.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an intake manifold 10 and an exhaust manifold 20.
  • the outlet of the air cleaner 3 is connected to the inlet of the compressor chamber 2b of the turbocharger 2 via a first intake pipe 1 1 in which an air flow meter 4 for measuring the intake air amount is interposed.
  • the outlet of the compressor chamber 2 b of the turbocharger 2 is connected to the first port 5 a of the intercooler passing air amount control valve 5 via the second intake pipe 12.
  • the second port 5 b of the intercooler passage air amount control valve 5 is connected to the inlet of the intercooler 6 via the third intake pipe 13.
  • the outlet of the intercooler 6 is connected to the throttle body 7 via a fourth intake pipe 14 to which an intake pipe pressure sensor 8 and an intake temperature sensor 9 are attached.
  • the third intake pipe 15 connects the third port 5 c of the intercooler passing air amount control valve 5 and the fourth intake pipe 14 by bypassing the intercooler 6.
  • the intercooler 6 is a water-cooled type, and has a cooling water circuit (not shown) inside.
  • the intercooler 6 is supplied with cooling water from the internal combustion engine 1 through the first cooling water pipe 6 a and passes through the second cooling water pipe 6 b. Cooling water is returned to the internal combustion engine 1.
  • the intercooler 6 is water-cooled as described above, but may be an air-cooled type.
  • the exhaust manifold 20 is connected to the inlet of the turbine chamber 2 a of the turbo charger 2.
  • the outlet of the compressor chamber 2 b of the turbocharger 2 is connected to the inlet of the first catalyst 24 via a first exhaust pipe 2 1 to which an air-fuel ratio sensor 26 is attached.
  • Outlet of the first catalyst 2 4 is connected to the second catalyst 2 5 by through the second exhaust pipe 2 2 where the first 0 2 sensor 2 7 attached.
  • the outlet of the second catalyst 25 is connected to a muffler (not shown) via a third exhaust pipe 23 to which a second O 2 sensor 28 is attached.
  • the first catalyst 24 is a three-way catalyst
  • the second catalyst 25 is a NOX storage reduction type three-way catalyst.
  • the feed pack control is performed so that the air-fuel ratio becomes a target value as described later based on the signals of the air-fuel ratio sensor 26, the first O 2 sensor 27, and the second O 2 sensor 28.
  • the accelerator pedal 16 is provided with a pedal depression amount sensor 17 for detecting the depression amount of the accelerator pedal.
  • the pedal depression amount detected by the pedal depression amount sensor 1 7 is sent to E C U (electronic control unit) 30.
  • E C U 30 generates a signal corresponding to the accelerator pedal depression amount and sends it to the throttle body 7.
  • the throttle valve 7a is driven by this signal.
  • the ECU 3 0, with respect to the present invention, other pedal depression amount sensor 3 1 described above, the air flow meter 4, the intake air temperature sensor 8, the air-fuel ratio sensor 2 6, the first 0 2 sensor 2 7, No. 2 O 2 A signal from sensor 28 is input and an intercooler passing air amount control valve 5 sends a signal to control the air amount passing through the heater.
  • ECU 30 Based on the above configuration, ECU 30 generates NO x Force to perform lean air-fuel ratio rotation while holding down First, the setting of the air-fuel ratio will be explained.
  • Fig. 3 is a diagram showing changes in exhaust gas temperature and changes in exhaust gas NOX emissions when the intake air amount is increased with a constant lean air-fuel ratio. It is shown that the exhaust gas temperature rises and the exhaust gas NOX emissions also increase.
  • the purification rate of the second catalyst decreases when the temperature exceeds a certain temperature.
  • FIG. 5 is a diagram showing the amount of intake air, the exhaust gas temperature, and the NOx emission amount of the exhaust gas with respect to the change of the air / fuel ratio at the same torque in the lean air / fuel ratio region. It shows that exhaust gas temperature and NOX emissions are decreasing.
  • a fixed air-fuel ratio (lean air-fuel ratio) is used up to a certain point. If the air-fuel ratio increases, the variable air-fuel ratio is set to increase the air-fuel ratio in response to the increase in the intake air amount.
  • the value of the fixed air-fuel ratio is, for example, about 25.
  • Fig. 7 is a diagram showing the effect of this setting. As shown in Fig. 7, while the intake air amount increases with the fixed air-fuel ratio, the NOX emission increases rapidly. Even if the intake air volume increases, NOX is only slightly increased. As a result, it is not necessary to increase the capacity of the second catalyst 25.
  • the intake air amount is determined by the rotational speed and accelerator pedal opening, it is actually determined as shown in the map shown in Fig. 8. Accordingly, the air-fuel ratio is set with respect to the rotational speed and the accelerator pedal opening as shown in FIG. 9 corresponding to the map of FIG. 8, and the intake air amount shown in FIG. 8 and the air-fuel ratio shown in FIG. Figure 6 shows the relationship of the fuel ratio. It is to say that you are in a relationship like that.
  • the fuel injection amount TAU is set to a map as shown in FIG. 10
  • the fuel injection timing IT is set to a map as shown in FIG. .
  • the fuel is injected according to these maps.
  • the ignition timing SA is set in a map as shown in Fig. 12.
  • the ignition plug 1b ignites according to this map.
  • throttle valve opening THA is set to the map shown in Fig.13.
  • Fig. 14 is a diagram for explaining the adjustment ratio between the pedal depression amount PA and the intake air amount GA, that is, the accelerator correspondence ratio.
  • the horizontal axis represents the pedal depression amount PA
  • the vertical axis represents the intake air amount GA
  • the slope of the line shown in the figure represents the accelerator correspondence ratio. As shown, a plurality of lines are shown, and the accelerator response ratio increases as the air-fuel ratio increases.
  • the intake air volume can be adjusted by adjusting the air bypass volume such as an ISC (idle speed control) device.
  • ISC internal pressure sense unit
  • step 1 the intake air amount GA is obtained. This is From the map in Fig. 8, find the accelerator pedal opening PA and the rotational speed NE. In step 2, it is determined whether the intake air amount GA stopped in step 1 is larger than a predetermined value GAT.
  • step 2 If the determination in step 2 is affirmative, the intake air amount GA is larger than the predetermined value GAT and the vehicle is operated at a large air-fuel ratio according to the intake air amount.
  • step 3 determines whether the turbocharger 2 is supercharged by the intake pipe pressure detected by the intake pipe pressure sensor 8. If an affirmative determination is made in step 3, that is, if the engine is supercharged, the routine proceeds to step 4 where the intake air temperature TA detected by the intake air temperature sensor 9 is read. Then, go to step 5 to read the required intake air temperature TAR.
  • the required intake air temperature TAR is stored in a map as shown in FIG. 17 corresponding to the air-fuel ratio shown in FIG.
  • step 6 determines whether or not the intake air temperature TA is lower than the required intake air temperature TAR. If the determination in step 6 is affirmative, that is, if the intake air temperature TA is lower than the required intake air temperature TAR, go to step 7.
  • step 7 the intercooler passing air flow control valve 5 is controlled to increase the flow rate from the first port 5a to the third port 5c and decrease the flow rate from the first port 5a to the third port 5b.
  • the intake air temperature is increased by increasing the amount of air passing through the fifth intake passage 15 and after returning to step 6 before step 7, and a negative determination is made in step 6. Repeat steps 6 and 7 until the intake air temperature TA becomes higher than the required intake air temperature TAR.
  • Step 6 If a negative determination is made in Step 6, go to Step 8 and finish. Also, if a negative determination is made in step 2, or if a negative determination is made in step 3, the process jumps to step 8 and ends without doing anything.
  • the first embodiment is configured and operated as described above, and if the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value, an operation with a variable air-fuel ratio is performed in which the air-fuel ratio is increased in response to an increase in the intake air amount. If it is supercharged, the intake air temperature is adjusted to the required intake air temperature. Therefore, by operating at a large air-fuel ratio, the exhaust gas temperature can be reduced and the generation of NOX can be suppressed.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the second embodiment. Compared to the first embodiment shown in FIG. 1, the bypass control valve 5 and the fifth intake pipe 15 are removed. Instead, a cooling water amount control valve 6 c is provided in the middle of the cooling water flow path 6 b that returns from the intercooler 6 to the internal combustion engine 1.
  • step 7 of the flow chart of the first embodiment shown in FIG. 15 is changed to step 7A by reducing the amount of cooling water in the intercooler in accordance with the change in the above configuration. is there.
  • the other points are the same as the flowchart in Fig. 15. Therefore, if the intake air temperature TA is lower than the required intake air temperature TAR, in step 7A, the cooling water amount control valve 6c is controlled to suppress the cooling degree of the intake air temperature by the intercooler and the intake air temperature is raised.
  • the other points are the same as those of the first embodiment, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

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Abstract

吸入空気量が所定の値以下の運転領域では予め定めた固定空燃比で運転され、吸入空気量が所定の値を超えた運転領域では吸入空気量の増大に応じて固定空燃比から増大する可変リーン空燃比で運転される。そこで、ペダル踏み込み量センサ（１７）の信号にもとづいて開度が制御されるスロットル弁（７ａ）において、ペダル踏み込み量と開度の対応比が空燃比の増大に応じて大きくなるようにされている。可変リーン空燃比での運転領域ではターボチャージャー（２）によって吸入空気量を増大するようにされている。そして、空燃比の増大に応じて吸入空気の温度が高くなるようにインタークーラー（６）による吸入空気の冷却を制御して燃料の微粒化を促進している。

Description

明 細 書 内燃機関 技術分野
本発明は内燃機関、 特には理論空燃比よ り も空気対燃料の比率が 大きいリ一ン空燃比で運転される内燃機関に関する。 背景技術
理論空燃比よ り も空気対燃料の比率が大きいリ一ン空燃比で運転 される内燃機関が開発され、 既に実用化もされている。
例えば、 特開平 7— 1 5 8 4 6 2号公報に記載の装置がある。 同 公報の装置では、 加速検出手段によって加速状態にあることが検出 された場合には、 空燃比をリーンにしたままで過給圧を高めること が開示されている。 しかし、 同公報に記載の装置ではリーン空燃比 で運転されるのは同公報の図 6において領域 2で示されている範囲 であって、 高速、 高負荷では、 リーン空燃比では運転されない。 また、 特開平 3— 2 3 3 2 7号公報に記載の装置は、 高速、 高負 荷でリ一ン空燃比で運転する内燃機関を開示しているが、 同公報の 図 5に示されるように低中速、 低中負荷の領域では理論空燃比で運 転するようにされている。
一方、 省エネルギの観点から、 よ り燃料消費量が少ない内燃機関 が望まれている。 しかしながら、 上記特許文献 1 の内燃機関では高 速、 高負荷の運転領域ではリ一ン空燃比で運転されないための高速 、 高負荷の運転領域での燃料消費量が大きい。 一方、 上記特許文献 2の内燃機関では低中速、 低中負荷の領域では理論空燃比で運転す るよ うにされており低中速、 低中負荷の運転領域での燃料消費量が 多い。 発明の開示
本発明は上記問題に鑑み、 広範な運転域でリ一ン空燃比で運転可 能な燃料消費量が少ない内燃機関を提供することを目的とする。 本発明によれば、 吸入空気量が所定値以下の運転領域では予め定 めた固定空燃比で運転され、 吸入空気量が前記所定値を超えた運転 領域では吸入空気量の増大に応じて前記固定空燃比から増大する可 変リーン空燃比で運転される、 内燃機関が提供される。
このように構成される内燃機関では、 吸入空気量が所定の空気量 以下の運転領域では予め定めた固定空燃比で運転され、 吸入空気量 が前記所定の空気量を超えた運転領域では吸入空気量の増大に応じ て前記固定空燃比から増大する可変リ一ン空燃比で運転されるので 燃料消費量が少ない。 また、 吸入空気量の増大に応じて空燃比を増 大することによ り N O xも増えない。
本発明の一つの態様では、 吸入空気量の制御を吸入空気量制御手 段でおこない、 吸入空気量制御手段はァクセルペダルの踏み込み量 に対応して吸入空気量を調整するものとされ、 アクセルペダルの踏 み込み量とスロッ トル弁の開度との対応比をアクセル対応比と した ときに、 空燃比の増大に応じてアクセル対応比が大きくなるよう さ れる。
このようにすることによ り可変リ一ン空燃比での運転領域におい ては固定空燃比での運転領域より も増大された吸入空気量で運転さ れポンビングロスが減り燃費が向上する。
本発明の一つの態様では、 吸入空気量制御手段は電気信号によ'り スロ ッ トル弁の開度を制御する電子スロ ッ トル弁とされ、 アクセル ペダルにアクセルペダル踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検 出手段が付設されていて、 電子スロ ッ トル弁がペダル踏み込み量検 出手段からの電気信号にもとづいてスロ ッ トル弁の開度を制御する ようにされる。
本発明の一つの態様では、 吸入空気を加圧する過給機を備え、 少 なく とも可変リ一ン空燃比での運転領域では、 過給機によつて吸入 空気量を増大するよ うにされる。
このように構成される内燃機関では可変空燃比での運転領域では 、 過給機によって吸入空気量が増大される。
本発明の一つの態様では、 過給機によ り加圧された吸入空気を冷 却する加圧空気冷却手段と、 該加圧空気冷却手段による加圧された 吸入空気の冷却度合いを制御する加圧空気冷却制御手段とを備え、 可変リーン空燃比での蓮転領域では、 空燃比の増大に応じて吸入空 気の温度が高くなるように吸入空気の温度を制御するようにされる このよ うに構成される内燃機関では可変空燃比での運転領域では 、 空燃比の増大に応じて吸入空気の温度が高く なるようにされ燃料 の微粒化が促進される。
本発明の一つの態様では、 加圧された吸入空気を、 加圧空気冷却 手段を通さずにパイパスせしめるパイパス吸気通路を備え、 加圧空 気冷却制御手段はパイパス吸気通路を通過する吸入空気の量を制御 して加圧された吸入空気の温度を制御するよ うにされる。
本発明の一つの態様では、 加圧空気冷却手段は冷媒を流す冷媒流 路を有し、 加圧空気冷却制御手段は冷媒の流量を制御して加圧され た吸入空気の温度を制御するようにされる。 図面の簡単な説明
図 1は第 1の実施の形態の構成を示す図である。 図 2は第 2の実施の形態の構成を示す図である。
図 3は空燃比を一定にして吸入空気量を増大した時の排ガスの N O x排出量、 排ガス温度を示す図である。
図 4は排ガスの温度と N O X浄化率の関係を示す図である。
図 5はリーン領域において、 同じトルクのときの、 空燃比に対す る吸入空気量、 排気ガス温度、 N O X排出量を示す図である。
図 6は本発明における吸入空気量に対する空燃比の設定を示す図 である。
図 7は図 6のような空燃比の設定をおこなつた場合の吸入空気量 に対する N O X排出量の変化を示す図である。
図 8は回転数とァクセルペダル踏み込み量に対する吸入空気量の マップである。
図 9は図 8に対応した、 回転数とァクセルペダル踏み込み量に対 する空燃比のマップである。
図 1 0は図 8に対応した、 回転数とァクセルペダル踏み込み量に 対する燃料噴射量のマツプである。
図 1 1は図 8に対応した、 回転数とァクセルペダル踏み込み量に 対する燃料噴射時期のマップである。
図 1 2は図 8に対応した、 回転数とァクセルペダル踏み込み量に 対する点火時期のマップである。
図 1 3は図 8に対応した、 回転数とァクセルペダル踏み込み量に 対するスロ ッ トル弁開度のマップである。
図 1 4はアクセル対応比、 すなわち、 アクセルペダル踏み込み量 とスロ ッ トル弁開度の関係を示す図である。
図 1 5は第 1の実施の形態における制御のフローチャー トである 図 1 6は第 2の実施の形態における制御のフローチャートである 図 1 7は要求空気温度のマップである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 図 1が本発明の制御装置の全体の構成を示す図である。 内燃機関 1は 、 V型 6気筒タイプのガソリ ン機関であって、 各気筒に対して、 燃 料噴射弁 1 aおよび点火栓 1 bが取り付けられている。 また、 内燃 機関 1 には吸気マ二ホール ド 1 0 と排気マ二ホールド 2 0が取り付 けられている。
エアク リーナ 3の出口が吸入空気量を測定するエアフローメータ 4が介装された第 1吸気管 1 1 を介してターボチャージヤー 2のコ ンプレッサ室 2 bの入口に接続されている。 ターボチャージヤー 2 のコンプレッサ室 2 bの出口は第 2吸気管 1 2を介してインターク 一ラー通過空気量制御弁 5の第 1ポー ト 5 aに接続されている。 イ ンタークーラー通過空気量制御弁 5の第 2ポー ト 5 bは第 3吸 気管 1 3を介してインタークーラー 6の入口に接続されている。 ィ ンタークーラー 6の出口には吸気管圧力センサ 8、 吸気温センサ 9 が取り付けられた第 4吸気管 1 4を介してスロ ッ トルボデー 7に接 続されている。 また、 第 5吸気管 1 5によって、 インタークーラー 通過空気量制御弁 5の第 3ポー ト 5 c と第 4吸気管 1 4がイ ンター クーラー 6をパイパスして接続されている。
インタークーラー 6は水冷式であって、 内部に図示しない冷却水 回路を有し、 第 1冷却水パイプ 6 a を介して内燃機関 1から冷却水 が送られ、 第 2冷却水パイプ 6 bを介して内燃機関 1へ冷却水が還 流される。 なお、 本実施の形態ではインタークーラー 6は上述のよ うに水冷式とされているが、 空冷式のものでもかまわない。 一方、 排気マ二ホールド 2 0はターボチャージヤー 2のタービン 室 2 a の入口に接続されている。 ターボチャージヤー 2のコンプレ ッサ室 2 bの出口は空燃比センサ 2 6が取り付けられた第 1排気管 2 1 を介して第 1触媒 2 4の入口に接続されている。 第 1触媒 2 4 の出口は第 1 0 2センサ 2 7が取り付けられた第 2排気管 2 2を介 して第 2触媒 2 5に接続されている。 第 2触媒 2 5の出口は第 2 O 2センサ 2 8が取り付けられた第 3排気管 2 3を介して図示しない マフラーに接続されている。
排気ガスの浄化方法はすでに実用化されているものであるので詳 細は省略するが、 第 1触媒 2 4は三元触媒であって、 第 2触媒 2 5 は N O X吸蔵還元型三元触媒とされていて、 空燃比センサ 2 6や第 1 O 2センサ 2 7、 第 2 O 2センサ 2 8の信号にもとづき空燃比が後 述するような目標値になるようにフィー ドパック制御をおこなう。
また、 アクセルペダル 1 6にはアクセルペダル踏み込み量を検出 するペダル踏み込み量センサ 1 7が取り付けられている。 ペダル踏 み込み量センサ 1 7が検出したペダル踏み込み量は E C U (電子制 御ユニッ ト） 3 0に送られる。 E C U 3 0はアクセルペダル踏み込 み量に対応した信号を生成してスロ ッ トルポデー 7に送出し、 この 信号によってスロ ッ トル弁 7 aが駆動される。
E C U 3 0には、 本発明に関して、 上述のペダル踏み込み量セン サ 3 1の他、 エアフローメータ 4、 吸気温度センサ 8、 空燃比セン サ 2 6、 第 1 0 2センサ 2 7、 第 2 O 2センサ 2 8、 からの信号が入 力され、 イ ンタークーラー通過空気量制御弁 5ヘイ ンタークーラー 通過空気量を制御する信号を送出する。
E C U 3 0には、 その他、 多くのセンサ、 ァクチユエータ類が接 続されているが本発明に関係ないものは省略してある。
上記のような構成にもとづき E C U 3 0によって N O xの発生を 押さえつつリーン空燃比蓮転をおこなう力 初めに、 空燃比の設定 について説明する。
図 3は、 空燃比を一定のリーン空燃比にして、 吸入空気量を増加 した場合の、 排ガス温度の変化と、 排ガスの N O Xの排出量の変化 を示す図であって、 吸入空気量が増大すると排ガス温度が上昇し、 排気ガスの N O X排出量も増大することが示されている。
そして、 図 4に示されるよ うに第 2触媒はある温度以上になると 浄化率が低下する。
一方、 図 5は、 リーン空燃比域において、 等トルク時の空燃比の 変化に対する吸入空気量、 排気ガス温度、 排気ガスの N O x排出量 、 を示す図であって、 空燃比を増大させるほど排気ガス温度、 N O Xの排出量が減少することを示している。
そこで、 本実施の形態においては、 図 6に示すように、 吸入空気 量の増大に対して、 あるところまでは、 固定の空燃比 （リーンの空 燃比） とするが、 それ以上、 吸入空気量が増大したら、 吸入空気量 の増大に対応して空燃比も増大させる可変空燃比とする。 この実施 の形態では、 固定空燃比の値は、 例えば、 2 5前後にされている。 図 7はこのような設定とすることによる効果を示す図であって、 固定空燃比のままでは吸入空気量が増大すると N O Xの排出量が急 増するのに対して、 図 7に示されるように吸入空気量が増大しても N O Xは微增にと どまっている。 その結果、 第 2触媒 2 5の容量を 大きくする必要がない。
吸入空気量は回転数とアクセルペダル開度によって決定されるの で、 実際は図 8に示すよ うなマップに示されるように決定される。 したがって、 この図 8のマップに対応して、 図 9に示すように回転 数とァクセルペダル開度に対して空燃比が設定されており、 図 8に 示される吸入空気量と図 9に示される空燃比の関係が、 図 6に示さ れるよ うな関係にされているとレヽう ことである。
さらに、 図 8 の吸入空気量に対応して、 燃料噴射量 TAUが図 1 0 に示すようなマップに設定され、 燃料噴射タイ ミ ング I Tが図 1 1に 示すようなマップに設定されている。 燃料は、 これらのマップにし たがって燃料噴射弁 1 a噴射される。 また、 点火時期 SAは、 図 1 2 に示すようなマップに設定され、 このマップにしたがつて点火栓 1 bは点火をおこなう。
また、 ス ロ ッ トル弁開度 THAが図 1 3に示すようなマップに設定 されている。
図 1 4は、 ペダル踏み込み量 PAと吸入空気量 GAとの調整比、 すな わち、 アクセル対応比を説明する図である。 横軸がペダル踏み込み 量 PAを表わし、 縦軸が吸入空気量 GAを表わしており、 図中に示され る線の傾きが、 アクセル対応比を表わしている。 図示されるように 複数の線が示されており、 空燃比が大きくなるにつれて、 アクセル 対応比が大きくなるようにされている。
このようにすることによって、 空燃比が大きく なるにつれてよ り 大量の吸入空気量が機関 1の各気筒内に供給されボンビングロスが 減り、 その結果、 燃焼効率が上がり、 燃費が向上する。
なお、 吸入空気量の調整するものと しては、 ス ロ ッ トル弁の開度 を調整するものの外、 I S C (アイ ドルス ピー ドコ ン ト ロール） 装 置のような空気バイパス量を調整するもの、 可変動弁装置のような 動弁の開弁を調整するもの等、 吸入空気量が調整できるものであれ ば、 どのようなものでも使用できる。
上記のように、 空燃比、 および、 その他の各種運転パラメータが 設定されている。 そして、 上記のような設定のもとで、 図 1 5 のフ ローチャートにしたがって以下のような制御をおこなう。
まず、 ステップ 1では吸入空気量 GAをもとめる。 これは、 そのと きのアクセルペダル開度 PAと回転数 NEから図 8のマップからもとめ る。 ステップ 2ではステップ 1でもとめた吸入空気量 GAが予め定め た所定値 GATよ り大きいか否かを判定する。
ステップ 2で肯定判定された場合は、 吸入空気量 GAが所定値 GAT よ り大きく、 吸入空気量に応じて大きな空燃比で運転される場合で ある。
この場合は、 ステップ 3に進んで、 吸気管圧力センサ 8が検出し た吸気管圧力によって過給機 2によって過給されているか否かを判 定する。 そして、 ステ ップ 3で肯定判定された場合、 すなわち過給 されている場合には、 ステップ 4に進み吸気温度センサ 9が検出し た吸気温度 TAを読み込む。 さ らに、 ステップ 5に進んで要求吸気温 度 TARを読み込む。 こ こで、 要求吸気温度 TARは図 9に示した空燃比 に対応して図 1 7に示すようにマツプに記憶されている。
そして、 ステップ 6に進んで吸気温度 TAが要求吸気温度 TARよ り 低いか、 否か、 を判定する。 ステップ 6 で肯定判定された場合、 す なわち、 吸気温度 TAが要求吸気温度 TARよ り も低い場合は、 ステツ プ 7に進む。 ステップ 7では、 インタークーラー通過空気量制御弁 5を制御して、 第 1ポート 5 aから第 3ポート 5 cに向かう流量を 増大し第 1ポート 5 aから第 3ポー ト 5 bに向かう流量を減少し、 第 5吸気通路 1 5を通る空気量を増大して吸気温度を上昇せしめる ステップ 7の終了後はステップ 6の手前まで戻るよ うにされてお り、 ステップ 6 で否定判定される、 すなわち、 吸気温度 TAが要求吸 気温度 TARよ り も高くなるまでステ ップ 6， 7を繰り返す。 ステツ プ 6で否定判定されたら、 ステップ 8に進んで終了する。 また、 ス テツプ 2で否定判定された場合、 ステップ 3で否定判定された場合 はステップ 8に飛んで何もせずに終了する。 第 1の実施の形態は上記のように構成され作用し、 吸入空気量が 所定値以上であれば、 吸入空気量の増大に対応して空燃比を増大し ていく可変空燃比による運転がおこなわれ、 過給がされていれば吸 気温度が要求吸気温度になるようにされる。 したがって、 大きな空 燃比で運転することにより、 排気ガス温度が下がり、 N O Xの発生 を抑制できる。 また、 過給されている場合には、 吸気温度が適温に 保たれ、 燃料の微粒化が抑制されることがないので燃焼も安定する 次に、 第 2の実施の形態について説明する。 図 2が第 2の実施の 形態の構成を示す図であって、 図 1に示した第 1の実施の形態に比 して、 パイパス制御弁 5、 および、 第 5吸気管 1 5が除去され、 そ のかわりに、 インタークーラー 6から内燃機関 1へもどる冷却水流 路 6 bの途中に冷却水量制御弁 6 cが設けられている。
そして、 図 1 6に示されるフローチャートにしたがって制御され る。 このフローチャートは図 1 5に示した第 1の実施の形態のフロ 一チャートのステップ 7を上記の構成の変更に合わせて、 インター クーラーの冷却水量減少をおこなぅステップ 7 Aに変更したもので ある。 その他の点は図 1 5のフローチャート と変わらない。 したが つて、 吸気温度 TAが要求吸気温度 TARよ り も低い場合は、 ステップ 7 Aで、 冷却水量制御弁 6 c を制御してインタークーラーによる吸 気温度の冷却度合いを抑制して吸気温度を上昇せしめるが、 その他 の点は第 1の実施の形態と変わらず、 第 1の実施の形態と同様な効 果を得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 吸入空気量が所定値以下の運転領域では予め定めた固定空燃 比で運転され、 吸入空気量が前記所定値を超えた運転領域では吸入 空気量の増大に応じて前記固定空燃比から増大する可変リーン空燃 比で運転される、 ことを特徴する内燃機関。
2 . 吸入空気量の制御を吸入空気量制御手段でおこない、 吸入空気量制御手段はアクセルペダルの踏み込み量に対応して吸 入空気量を調整するものであって、
アクセルペダルの踏み込み量と吸入空気量の調整比をアクセル対 応比としたときに、
空燃比の増大に応じてアクセル対応比が大きくなるようにされて いる、 ことを特徴とする請求項 1に記載の内燃機関。
3 . 吸入空気量制御手段は電気信号によりス ロ ッ トル弁の開度を 制御する電子ス ロ ッ トル弁であって、
アクセルペダルにアクセルペダル踏み込み量を検出するペダル踏 み込み量検出手段が付設されていて、 電子ス ロ ッ トル弁がペダル踏 み込み量検出手段からの電気信号にもとづいてス ロ ッ トル弁の開度 を制御する、 ことを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関。
4 . 吸入空気を加圧する過給機を備え、 少なく とも可変リーン空 燃比での運転領域では、 過給機によって吸入空気量を増大する、 こ とを特徴とする請求項 1から 3のいずれか一つに記載の内燃機関。
5 . 過給機により加圧された吸入空気を冷却する加圧空気冷却手 段と、 該加圧空気冷却手段による加圧された吸入空気の冷却度合い を制御する加圧空気冷却制御手段とを備え、
可変リーン空燃比での運転領域では、 空燃比の増大に応じて吸入 空気の温度が高くなるよ うに吸入空気の温度を制御する、 ことを特 徴とする請求項 4に記載の内燃機関。
6 . 加圧された吸入空気を、 加圧空気冷却手段を通さずにパイパ スせしめるパイパス吸気通路を備え、 加圧空気冷却制御手段はパイ パス吸気通路を通過する吸入空気の量を制御して加圧された吸入空 気の温度を制御する、 ことを特徴とする請求項 5に記載の内燃機関
7 . 加圧空気冷却手段は冷媒を流す冷媒流路を有し、 加圧空気冷 却制御手段は冷媒の流量を制御して加圧された吸入空気の温度を制 御する、 ことを特徴とする請求項 5に記載の内燃機関。
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