WO2008105550A1 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

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WO2008105550A1
WO2008105550A1 PCT/JP2008/053720 JP2008053720W WO2008105550A1 WO 2008105550 A1 WO2008105550 A1 WO 2008105550A1 JP 2008053720 W JP2008053720 W JP 2008053720W WO 2008105550 A1 WO2008105550 A1 WO 2008105550A1
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internal combustion
combustion engine
catalyst
oxygen
exhaust
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PCT/JP2008/053720
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Nao Murase
Shogo Suda
Nobuhiko Koga
Takahiko Fujiwara
Rentaro Kuroki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for controlling a spark ignition type internal combustion engine.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2006-220020 discloses a technique for retarding the ignition timing and switching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture alternately between lean and rich when the catalyst is warmed up.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-88663 discloses a technique for increasing the temperature of a catalyst by operating some cylinders of an internal combustion engine at a lean air-fuel ratio and operating the remaining cylinders at a rich air-fuel ratio. Yes.
  • the publication also discloses a technique for prohibiting the execution of the above control when the temperature of the catalyst is lower than a predetermined temperature (a temperature at which the oxidation reaction of CO is promoted in the catalyst).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-240547 discloses a technique for increasing the amount of cooling water received by advancing the ignition timing before MBT when a spark ignition internal combustion engine is started at a low temperature. . Disclosure of the invention By the way, the technique described in the above publication does not consider exhaust emission before the catalyst is activated.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of activating a catalyst early in a control system for a spark ignition type internal combustion engine while reducing exhaust emission before the catalyst is activated as much as possible.
  • the present invention provides a spark ignition type internal combustion engine control system in which the ignition timing is advanced before MBT and oxygen is supplied to exhaust gas upstream from the catalyst. Reduction of exhaust emission and early activation of the catalyst were attempted.
  • M B T is the ignition timing (Minimum spark advance for Best Torque) at which the generated torque of the internal combustion engine becomes maximum.
  • in-cylinder temperature When the internal combustion engine is in a cold state, the temperature in the cylinder (hereinafter referred to as “in-cylinder temperature”) becomes low. When the in-cylinder temperature is low, the fuel tends to adhere to the cylinder wall surface (cylinder pore wall surface, piston top surface, etc.). Most of the fuel adhering to the wall surface in the cylinder (hereinafter referred to as “adhered fuel”) is discharged from the cylinder without being burned without being used for combustion. At this time, if the catalyst arranged in the exhaust system of the internal combustion engine is not activated, the unburned fuel is discharged into the atmosphere without being purified by the catalyst.
  • Carbon monoxide (C 2 O) has the property of being oxidized in a lower temperature range than hydrocarbons (H 2 C). For this reason, when the ignition timing is over-advanced, if there is enough oxygen in the exhaust, carbon monoxide (C 2 O) in the exhaust will react with oxygen.
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made rich in order to improve the combustion stability of the air-fuel mixture.
  • the amount of oxygen present in the exhaust may be too small relative to the amount required for the oxidation of carbon monoxide (C 2 O).
  • the ignition timing is over-advanced, the oxygen in the air-fuel mixture is consumed due to the oxidation of the adhering fuel described above, so that the oxygen in the exhaust gas will be further reduced.
  • control system for an internal combustion engine is such that the ignition timing is over-advanced by the over-advance means for over-advancing the ignition timing; And an oxygen supply means for supplying oxygen to the exhaust gas upstream from the catalyst.
  • hydrocarbon (HC) discharged from the cylinder is reduced due to the excessive advance angle of the ignition timing, so that hydrocarbon (HC) discharged into the atmosphere before the activation of the catalyst can be reduced. Can do.
  • control system for an internal combustion engine it is possible to achieve early activation of the catalyst while reducing as much as possible the exhaust emission before the catalyst is activated.
  • the oxygen supply means is an internal combustion engine.
  • Oxygen may be supplied to the exhaust upstream of the catalyst by operating some cylinders at a lean air-fuel ratio.
  • lean refers to an air-fuel ratio in which the fuel ratio is lower than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the combustion stability of the air-fuel mixture may be impaired.
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made lean with the ignition timing being over-advanced, there is a possibility that poor ignition of the air-fuel mixture will occur. Therefore, when leaning some cylinders of an internal combustion engine, it is preferable to set the ignition timing of the some cylinders to MB T or later. It is possible to supply oxygen without losing stability.
  • the oxygen supply means is upstream of the catalyst by operating the secondary air supply device. Oxygen may be supplied to the exhaust gas.
  • the exhaust passage according to the present invention means a passage through which the gas exhausted from the cylinder is exhausted to the atmosphere.
  • the secondary air supply device may supply secondary air to any part of the exhaust passage as long as the condition that it is upstream from the catalyst is satisfied.
  • the oxygen supply means may supply oxygen to exhaust gas upstream of the catalyst by intermittently operating the internal combustion engine. It is preferable to set the ignition timing for lean operation after MBT.
  • the amount of oxygen supplied from the oxygen supply means is preferably increased as the amount of carbon monoxide (CO) in the exhaust gas increases. Therefore, the control system for an internal combustion engine according to the present invention captures the amount of carbon monoxide (CO) emitted from the internal combustion engine. You may make it further provide the 1st acquisition means to acquire. In this case, the oxygen supply means may increase the supply amount of oxygen as the amount of carbon monoxide (CO) acquired by the first acquisition means increases.
  • the oxygen supply means has the amount of carbon monoxide (CO) acquired by the first acquisition means.
  • CO carbon monoxide
  • the oxygen supply means increases the amount of carbon monoxide (CO) acquired by the first acquisition means.
  • the amount of oxygen supplied per unit time from the supply device may be increased.
  • the oxygen supply means increases the amount of carbon monoxide (C 0) acquired by the first acquisition means. Even if the air-fuel ratio at the time of lean operation is increased (lean), the lean operation time per time is increased, or the number of times of lean operation per fixed period is increased, etc. Good.
  • control system for an internal combustion engine may further include second acquisition means for acquiring the temperature of the catalyst.
  • the oxygen supply means is provided on the condition that the catalyst temperature acquired by the second acquisition means is equal to or higher than a predetermined temperature when the ignition timing is over-advanced by the over-advance angle means. Oxygen may be supplied to the exhaust gas upstream of the catalyst.
  • the oxygen supply means supplies oxygen if the catalyst temperature obtained by the second acquisition means is less than the predetermined temperature even when the ignition timing is over-advanced by the over-advance angle means. You may stop it.
  • the ability of the catalyst to oxidize carbon monoxide (CO) in the exhaust is the ability of the catalyst to oxidize hydrocarbon (HC) in the exhaust (hereinafter referred to as “HC purification”). It is active at lower temperatures. However, if the temperature of the catalyst is extremely low, the CO purification capacity becomes inactive. Therefore, it is difficult to purify carbon monoxide (CO) in the exhaust gas even if the oxygen supply means supplies oxygen before the CO purification capacity of the catalyst is activated.
  • the oxygen supply means stop supplying oxygen if the temperature of the catalyst is lower than a predetermined temperature even when the ignition timing is over-advanced.
  • the predetermined temperature described above may be set to be equal to the minimum value of the temperature range in which the CO 2 purification capacity of the catalyst is activated.
  • the oxygen supply means has a hydrocarbon (HC) purification rate (hereinafter referred to as “HC purification rate”) in the catalyst, and carbon monoxide (CO) in the catalyst.
  • HC purification rate hydrocarbon purification rate
  • CO purification rate carbon monoxide
  • the CO purification rate becomes higher than the HC purification rate when the catalyst temperature is low in the catalyst dripping process (temperature raising process), but if the catalyst temperature rises above a specific temperature, the HC The purification rate will exceed the C0 purification rate.
  • hydrocarbons (HC) are purified in the catalyst even if the ignition timing is not over-advanced by the over-advance means. Furthermore, when the ignition timing over-advanced angle ends, the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the cylinder also decreases, so that oxygen supply by the oxygen supply means becomes unnecessary.
  • the supply means may estimate the relative relationship between the CO purification rate and the HC purification rate based on the catalyst temperature. Specifically, the catalyst temperature (corresponding to the above-mentioned specific temperature) when the HC purification rate and the CO purification rate are equivalent was obtained experimentally beforehand, and the actual catalyst temperature exceeded the specific temperature. The oxygen supply by the oxygen supply means may be stopped under the conditions described above.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ignition control system for an internal combustion engine in the first embodiment.
  • Fig. 2 shows the relationship between the hydrocarbon (HC) discharged from the cylinder and the ignition timing.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ignition timing and the state in the cylinder.
  • Fig. 4 is a graph showing the relationship between carbon monoxide (CO) discharged from the cylinder and ignition timing.
  • FIG. 5 is a timing chart showing a method for executing the attached fuel reduction control in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an attached fuel reduction control routine in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a method for executing the attached fuel reduction control in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio and the CO amount during lean operation
  • (b) in Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the lean operation time per time and the CO amount.
  • C) in Fig. 8 shows the relationship between the lean operation interval and the CO amount.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the attached fuel reduction control routine in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine control system according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the attached fuel reduction control routine in the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ignition control system for an internal combustion engine according to the present invention.
  • An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a 4-stroke cycle spark ignition internal combustion engine (gasoline engine) having a plurality of cylinders 2. Each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is connected to the intake passage 30 through the intake port 3 and is connected to the exhaust passage 40 through the exhaust port 4.
  • the intake port 3 is provided with a fuel injection valve 5 that injects fuel into the cylinder 2.
  • the intake passage 30 is provided with a throttle valve 6 that controls the amount of air flowing through the intake passage 30.
  • An intake pressure sensor 7 for measuring the pressure (intake pressure) in the intake passage 30 is provided in the intake passage 30 downstream of the throttle valve 6.
  • An air flow meter 8 that measures the amount of air flowing through the intake passage 30 is provided in the intake passage 30 upstream of the throttle valve 6.
  • An exhaust purification device 9 is disposed in the exhaust passage 40.
  • the exhaust purification device 9 includes a ternary catalyst, an NOx storage reduction catalyst, and the like, and purifies exhaust when it is in a predetermined activation temperature range.
  • the activity of the exhaust purification device 9 indicates the activity of the HC purification ability unless otherwise specified.
  • the exhaust passage 40 downstream of the exhaust purification device 9 has exhaust gas flowing through the exhaust passage 40.
  • An exhaust temperature sensor 41 for measuring the temperature of the engine is arranged.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an intake valve 10 that opens and closes an open end of the intake port 3 facing the cylinder 2 and an exhaust valve 11 that opens and closes the open end of the exhaust port 4 facing the cylinder 2.
  • the intake valve 10 and the exhaust valve 11 are driven to open and close by an intake camshaft 12 and an exhaust camshaft 13, respectively.
  • a spark plug 14 for igniting the air-fuel mixture in the cylinder 2 is disposed above the cylinder 2.
  • a piston 15 is slidably inserted into the cylinder 2.
  • the piston 15 is connected to the crankshaft 17 through a connecting rod 16.
  • a crank position sensor 18 that detects the rotation angle of the crankshaft 17 is disposed in the internal combustion engine 1 in the vicinity of the crankshaft 17. Further, a water temperature sensor 19 for measuring the temperature of the cooling water circulating through the internal combustion engine 1 is attached to the internal combustion engine 1.
  • E C U 20 The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with E C U 20.
  • E C U 20 is an electronic control unit equipped with C P U, R RM, RAM and the like.
  • the ECU 20 is electrically connected to various sensors such as the intake pressure sensor 7, the air flow meter 8, the crank position sensor 18, the water temperature sensor 19 and the exhaust temperature sensor 41, and inputs the measured values of the various sensors. To do.
  • the E C U 20 electrically controls the fuel injection valve 5, the throttle valve 6, and the spark plug 14 based on the measured values of the various sensors described above. For example, E C U 20 performs attached fuel reduction control for reducing the fuel adhering to the wall surface in the cylinder 2.
  • the fuel tends to adhere to the wall surface in the cylinder 2 and the piston 15. Most of the fuel adhering to the wall surface of the cylinder 2 and the piston 15 (adhered fuel) is discharged from the cylinder without being burned without being used for combustion. At that time, if the temperature of the exhaust purification device 9 does not reach the activation temperature range, The above-mentioned unburned fuel is discharged into the atmosphere without being purified by the exhaust purification device 9.
  • the ECU 20 advances the operation timing (ignition timing) of the spark plug 14 ahead of the MBT (over-advance angle) when the amount of adhered fuel increases.
  • Reduce unburned fuel mainly hydrocarbons (HC) discharged from the inside.
  • FIG. 3 shows when the ignition timing is over-advanced (ST1 in Fig. 3), when the ignition timing is set to MB T (ST2 in Fig. 3), and when the ignition timing is compression top dead center (TDC).
  • FIG. 4 is a diagram showing a result of measuring a state in a cylinder 2 in each case (ST3 in FIG. 3).
  • the solid line in Fig. 3 represents the case where the ignition timing was over-advanced
  • the broken line represents the case where the ignition timing was set to MB T
  • the single dotted line represents the case where the ignition timing was set to compression top dead center (TDC).
  • E C U 20 is configured to advance the ignition timing when the exhaust purification device 9 is in an inactive state and the amount of attached fuel is equal to or greater than a predetermined amount.
  • a method for optically measuring the thickness of the liquid film in the cylinder 2 and actually measuring it, and a sensor for measuring the electrical conductivity in the cylinder 2 are used. Examples include a method of converting the measured value of the sensor into the amount of attached fuel, or a method of estimating the amount of attached fuel from the operating conditions of the internal combustion engine 1 (hereinafter referred to as “engine operating conditions”).
  • the ECU 20 When estimating the amount of adhering fuel from the engine operating conditions, the ECU 20 measures the measured value of the water temperature sensor 19 (cooling water temperature), the measured value of the intake pressure sensor 7 (intake pressure), and the start of the internal combustion engine 1. At least one of the cumulative intake air amount from the current time to the current time, the cumulative fuel injection amount from the start of the internal combustion engine 1 to the current time, the current fuel injection amount, and the current air-fuel ratio of the air-fuel mixture. As an alternative, the amount of attached fuel may be estimated.
  • the exhaust purification device 9 is activated on condition that the temperature of the exhaust purification device 9 is within the activation temperature range (temperature purification window). Can be exemplified.
  • the temperature of the exhaust gas purification device 9 depends on the operating state of the internal combustion engine 1 (for example, the cooling water temperature, the temperature of exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device 9, or the temperature of exhaust gas flowing out of the exhaust gas purification device 9), and Z or It may be estimated from an operation history of the internal combustion engine 1 (for example, an integrated intake air amount from the start or an integrated fuel injection amount from the start). Book Since the internal combustion engine 1 illustrated in the embodiment includes the exhaust temperature sensor 41 in the exhaust passage downstream of the exhaust purification device 9, the measured value of the exhaust temperature sensor 41 (ie, the outflow from the exhaust purification device 9). The temperature of the exhaust emission control device 9 may be estimated based on the temperature of the exhaust gas to be exhausted. In that case, the exhaust temperature sensor 41 corresponds to the second acquisition means according to the present invention.
  • the ECU 20 determines whether or not the amount of attached fuel exceeds a predetermined amount, and the temperature of the exhaust purification device 9 is the activation temperature. Determine whether it is lower than the range.
  • the predetermined amount may be determined such that the total amount of unburned fuel discharged from all the cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is less than a regulated amount.
  • E C U 20 determines that the amount of adhering fuel is equal to or greater than the predetermined amount and the temperature of the exhaust emission control device 9 is lower than the activation temperature range, the ignition timing is over-advanced. In this case, the amount of hydrocarbon (HC) discharged from the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is greatly reduced. As a result, it is possible to reduce hydrocarbons (HC) discharged from the internal combustion engine 1 into the atmosphere without depending on the purification ability of the exhaust purification device 9.
  • Carbon monoxide (CO) has the property of oxidizing at lower temperatures than hydrocarbons (HC). Therefore, if the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device 9 contains a sufficient amount of oxygen, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas is oxidized in the exhaust gas and / or in the exhaust gas purification device 9. .
  • W Carbon monoxide
  • the exhaust gas temperature is lower than the lowest oxidizable temperature range of carbon monoxide (CO) (hereinafter referred to as “CO oxidation start temperature”), and the temperature of the exhaust gas purification device 9 is If it is lower than the minimum value of the temperature range where C0 purification capacity is activated (hereinafter referred to as "C0 purification start temperature”), even if the amount of oxygen in the exhaust is sufficient, carbon monoxide in the exhaust (CO) is hardly oxidized.
  • CO carbon monoxide
  • the oxygen supply process Is preferably prohibited from being executed.
  • the ECU 20 performs an oxygen supply process on the condition that the measured value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 41 is equal to or higher than a predetermined temperature when the ignition timing is over-advanced. did.
  • the predetermined temperature corresponds to the lower one of the CO oxidation start temperature and the CO purification start temperature.
  • the CO purification start temperature of the exhaust purification device 9 is lower than the temperature range in which carbon monoxide (C 2 O) is oxidized without depending on the exhaust purification device 9. For this reason, the predetermined temperature may be set equal to the CO purification start temperature of the exhaust purification device 9.
  • a method of leaning some cylinders 2 of the internal combustion engine 1 can be exemplified.
  • the lean-operated cylinder 2 (hereinafter referred to as “lean operation cylinder”) discharges a gas having a high oxygen content.
  • oxygen is supplied to the exhaust gas upstream of the exhaust gas purification device 9.
  • cylinder specific process the process of causing some cylinders 2 of the internal combustion engine 1 to perform a lean operation
  • the ignition timing of the lean operation cylinder be retarded after MBT.
  • the air-fuel mixture in the lean operation cylinder Decrease in ignitability and combustion stability is suppressed.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the execution procedure of the adhered fuel reduction control.
  • the exhaust temperature in FIG. 5 is a measured value of the exhaust temperature sensor 41 and is also used as an alternative value for the temperature of the exhaust purification device 9.
  • the amount of attached fuel indicates the amount of attached fuel when it is assumed that the ignition timing will not be over-advanced.
  • the over-advance angle execution flag is a flag that is set to “1” when the over-advance angle execution condition is satisfied, and is reset to “0” when the over-advance angle execution condition is not satisfied.
  • the oxygen supply flag is a flag that is set to “1” when the oxygen supply condition is satisfied, and is reset to “0” when the oxygen supply condition is not satisfied.
  • the second predetermined temperature T 2 described above corresponds to the temperature of the exhaust purification device 9 when the HC purification ability of the exhaust purification device 9 is activated (in this case, the exhaust temperature). Specifically, the second predetermined temperature T 2 corresponds to the temperature (exhaust temperature) of the exhaust purification device 9 when the HC ratio of the exhaust purification device 9 becomes equal to the CO purification rate. This second predetermined temperature T 2 is experimentally obtained in advance.
  • the oxygen supply conditions described above are: (1) the temperature (exhaust temperature) of the exhaust purification device 9 is equal to or higher than the first predetermined temperature T1, and (2) the temperature (exhaust temperature) of the exhaust purification device 9 is a second predetermined value. It is satisfied when the condition such as temperature T 2 is satisfied.
  • the first predetermined temperature T 1 described above corresponds to the CO purification start temperature of the exhaust purification device 9, and is experimentally obtained in advance.
  • the amount of attached fuel is greater than or equal to the predetermined amount A fuel and the exhaust purification device During the period when the temperature of the device 9 (exhaust temperature) is lower than the first predetermined temperature T 1 (t 1 in FIG. 5), the ECU 20 sets the value of the advance angle execution flag to “1” and supplies oxygen. Set the flag value to "0".
  • the cylinder specific processing is not executed, and only the ignition timing over-advance angle is executed.
  • all cylinders 2 of the internal combustion engine 1 are not leaned but only the ignition timing is over-advanced.
  • hydrocarbons (HC) discharged from all cylinders 2 of the internal combustion engine 1 are reduced.
  • the ECU 20 Set the advance angle execution flag value to "1" and the oxygen supply flag value to "1".
  • the over-advance angle of the ignition timing is executed at the same time as the processing for each cylinder is executed. That is, some cylinders 2 of the internal combustion engine 1 are lean-operated, and the ignition timings of the lean-operated cylinders 2 are retarded after MBT.
  • the ignition timing of cylinders that are not lean-operated (hereinafter referred to as “non-lean-operated cylinders”) 2 is over-advanced.
  • the lean operation cylinder 2 exhausts exhaust gas containing a large amount of oxygen.
  • the ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture in the lean operation cylinder 2 are compensated by retarding the ignition timing after MBT.
  • An increase in the amount of adhering fuel due to the retarded ignition timing is compensated by leaning the mixture. Therefore, the lean-operated cylinder 2 emits exhaust gas having a high oxygen content and a low hydrocarbon (HC) content without impairing ignitability and combustion stability.
  • HC hydrocarbon
  • the non-lean operating cylinder 2 emits exhaust gas having a low hydrocarbon (HC) content and a high carbon monoxide (CO) content due to the excessive advance angle of the ignition timing.
  • the carbon monoxide (C0) discharged from the non-lean operation cylinder 2 reacts with the oxygen discharged from the lean operation cylinder 2 in the exhaust gas and / or in the exhaust gas purification device 9.
  • carbon monoxide (CO) is greatly reduced.
  • the exhaust gas purification device 9 rises quickly in response to the heat of oxidation reaction of carbon monoxide (CO).
  • the ECU 20 sets the value of the advance angle execution flag to “ Resets to "0” and resets the oxygen supply flag to "0,”.
  • the number of cylinders 2 that are lean-operated when the cylinder-by-cylinder processing is executed, and the air-fuel ratio of Z or lean-operated cylinder 2 may be a predetermined fixed value. It may be a variable value that is changed according to the amount of carbon monoxide (CO) emitted from 2.
  • CO carbon monoxide
  • the number of leaning cylinders 2 increases as the amount of carbon monoxide (CO) exhausted from the non-lean operation cylinders 2 increases, and the carbon monoxide exhausted from the non-lean operation cylinders 2 ( The amount may be reduced as the amount of C ⁇ ) decreases.
  • the air-fuel ratio of the lean operation cylinder 2 is increased as the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the non-lean operation cylinder 2 increases, and the carbon monoxide (C ⁇ ) discharged from the non-lean operation cylinder 2 is increased. ) May be lowered as the amount of.
  • the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the non-lean operating cylinder 2 may be detected by disposing a CO concentration sensor upstream of the exhaust purification device 9.
  • the C0 concentration sensor corresponds to the first acquisition means according to the present invention.
  • Non-lean operation The amount of carbon monoxide (CO) discharged from the cylinder 2 is determined by the ECU 20 operating conditions of the internal combustion engine 1 (fuel injection amount, intake air amount, ignition timing, air-fuel ratio, cooling water temperature, It may be estimated from at least one of the intake air temperature and the outside air temperature. In that case, the ECU 20 corresponds to the first acquisition means according to the present invention.
  • This adhered fuel reduction control routine is a routine periodically executed by the ECU 20 and is stored in advance in the ROM of the ECU 20.
  • the ECU 20 determines whether or not the value of the oxygen supply flag is “1”. That is, the ECU 20 determines whether or not the oxygen supply condition described in the explanation of FIG. 5 described above is satisfied.
  • the ECU 20 proceeds to S103.
  • the ECU 20 determines whether the ignition timing is over-advanced and cylinder specific. (See period t 2 in FIG. 5 described above). Specifically, the ECU 20 sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to lean for some of the cylinders 2 and retards the ignition timing after MBT. For the non-lean operation cylinder 2, the ECU 20 causes the ignition timing to advance excessively.
  • the number of leaning cylinders 2 and the air-fuel ratio of Z or leaning operation cylinders 2 may be changed according to the amount of carbon monoxide (CO) exhausted from the non-lean operation cylinders 2.
  • CO carbon monoxide
  • the lean operation cylinder 2 has a high oxygen content and a low hydrocarbon (HC) content without impairing the ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture. Is discharged.
  • the non-lean operating cylinder 2 emits exhaust gas having a low hydrocarbon (HC) content and a high carbon monoxide (CO) content.
  • Carbon monoxide (CO) discharged from the non-lean operation cylinder 2 reacts with oxygen discharged from the lean operation cylinder 2 in the exhaust gas and in the Z or exhaust purification device 9.
  • the heat generated when carbon monoxide (CO) is oxidized is transferred to the exhaust purification device 9.
  • the ignition timing is over-advanced in all cylinders 2 of the internal combustion engine 1.
  • the hydrocarbon (HC) discharged from all cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is reduced by the excessive advance angle of the ignition timing.
  • hydrocarbons (HC) discharged from the internal combustion engine 1 into the atmosphere are reduced.
  • the ECU 20 executes the attached fuel reduction control routine of FIG. 6 to realize the over-advance angle means and the oxygen supply means according to the present invention. Therefore, spark point In the fire-type internal combustion engine 1, early activation of the exhaust purification device 9 can be achieved while reducing exhaust emission before the exhaust purification device 9 is activated as much as possible.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the execution method of the attached fuel reduction control in this embodiment.
  • the air-fuel ratio shown in FIG. 7 indicates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion in all cylinders 2 of the internal combustion engine 1.
  • E C U 20 causes the internal combustion engine 1 to perform a lean operation intermittently.
  • the air-fuel ratio used for combustion in all the cylinders 2 of the internal combustion engine 1 becomes intermittently lean.
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 becomes a gas containing a large amount of oxygen.
  • oxygen is intermittently supplied to the exhaust upstream of the exhaust purification device 9. It is preferable that the ignition timing when the internal combustion engine 1 is operated lean is retarded after M B T.
  • CO carbon monoxide
  • the exhaust purification device 9 has the ability to occlude oxygen in the exhaust when exposed to the exhaust in a lean atmosphere and to release the stored oxygen when exposed to the exhaust in the rich atmosphere (so-called oxygen storage). Preferably).
  • the internal combustion engine 1 may store oxygen during the lean operation, and the internal combustion engine 1 may release the stored oxygen during the rich operation. it can. As a result, substantially all of the carbon monoxide (C 2 O) discharged from the internal combustion engine 1 in the rich operation state can be oxidized.
  • the interval ⁇ t 2) may be changed according to the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 during the rich operation.
  • the air-fuel ratio AZF 1 during lean operation is the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 during the rich operation (or the concentration of CO in the exhaust), as shown in FIG.
  • the amount of carbon monoxide (C0) discharged from the internal combustion engine 1 during rich operation may be decreased.
  • the lean operation time ⁇ t 1 per cycle is the amount of carbon monoxide (CO) emitted from the internal combustion engine 1 during rich operation (or the CO concentration in the exhaust gas). ) Increases as the amount increases, and may decrease as the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 during rich operation (or the concentration of cO in the exhaust gas) decreases.
  • the amount of carbon monoxide (CO) emitted from the internal combustion engine 1 during the rich operation (or the CO concentration in the exhaust) ) Becomes shorter as it increases, and becomes longer as the amount of carbon monoxide (CO) (or CO concentration in the exhaust gas) emitted from the internal combustion engine 1 during rich operation decreases. May be.
  • the number of lean operations per unit time increases as the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 during rich operation (or CO concentration in the exhaust gas) increases, and during rich operation. The smaller the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 (or the CO concentration in the exhaust gas), the smaller the amount.
  • the air-fuel ratio A / F 1 during lean operation, the lean operation time At 1 per run, or the lean operation interval ⁇ t 2 is determined. Then, the carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 during the rich operation is purified without excess or deficiency. Furthermore, since the air-fuel ratio AZF 1 during lean operation, the lean operation time per time At l, and the number of lean operations per unit time are not increased unnecessarily, the combustion state of the internal combustion engine 1 can be stabilized as much as possible. it can.
  • FIG. Fig. 9 is a flow chart showing the routine for reducing the adhered fuel.
  • This attached fuel reduction control routine is a routine that is periodically executed by the ECU 20, and is stored in advance in the ROM of the ECU 20.
  • FIG. 9 the same processes as those in the attached fuel reduction control routine (see FIG. 6) of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the ECU 20 proceeds to S201.
  • the ECU 20 over-advances the ignition timing of all cylinders 2.
  • the ECU 20 determines the air-fuel ratio AZF 1 during the lean operation, the lean operation period At 1 per time, and the lean operation interval ⁇ t 2.
  • At least one of the air-fuel ratio AZF 1 during lean operation and the lean operation period ⁇ t1 and lean operation interval ⁇ t2 is based on the map shown in Fig. 8 described above. It may be determined.
  • the ECU 20 activates the rich counter.
  • the rich counter is a counter that measures the time during which the internal combustion engine 1 has been richly operated.
  • the ECU 20 determines whether or not the value of the rich counter is equal to or greater than the above-described interval ⁇ t2. If a negative determination is made in S 203 (the rich counter value ⁇ At 2), the ECU 20 repeatedly executes the process of S 203 until the rich count value becomes equal to or greater than the above-mentioned interval t 2. If an affirmative determination is made in S 203 (rich counter value ⁇ t 2), the ECU 20 proceeds to S 204.
  • ECU20 changes the air-fuel ratio of all cylinders 2 of the internal combustion engine 1 to the air-fuel ratio AZF1 determined in S201, and retards the ignition timing after MBT.
  • the lean count is a counter that measures the time that the internal combustion engine 1 has been leaned.
  • the ECU 20 determines whether or not the value of the lean counter is equal to or longer than the lean operation time ⁇ t1 determined in S201. If a negative determination is made in S 206 (lean counter value ⁇ At 1), the ECU 20 repeatedly executes the process of S 206 until the lean count value reaches the lean operation time At 1 or more. If an affirmative determination is made in S206 (lean counter value 1), the ECU 20 proceeds to S207.
  • the internal combustion engine 1 is intermittently operated when the over-advance angle execution condition and the oxygen supply condition are satisfied. Lean driving. As a result, carbon hydrogen (HC) and carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 into the atmosphere can be reduced, and the exhaust emission control device 9 can be activated early.
  • HC carbon hydrogen
  • CO carbon monoxide
  • the early activation of the exhaust purification device 9 while reducing the exhaust emission before the exhaust purification device 9 is activated as much as possible. Can be achieved.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine control system in the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 10 includes a secondary air supply device 42 that injects air (secondary air) into the exhaust port 4.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment described above.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the attached fuel reduction control routine.
  • This attached fuel reduction control routine is a routine that is periodically executed by the ECU 20, and is stored in advance in the ROM of the ECU 20.
  • the same reference numerals are assigned to the same processes as those in the attached fuel reduction control routine (see FIG. 6) of the first embodiment described above.
  • the ECU 20 over-advances the ignition timing of all cylinders 2 of the internal combustion engine 1, Operate the secondary air supply unit 4 2.
  • the exhaust gas discharged from all the cylinders 2 of the internal combustion engine 1 becomes a gas having a small hydrocarbon (H C) content and a high carbon monoxide (C 2 O) content.
  • H C small hydrocarbon
  • C 2 O carbon monoxide
  • CO carbon monoxide
  • oxygen in the secondary air are exhausted and Z or exhaust purified. It reacts in the device 9.
  • carbon monoxide (C 2 O) discharged from the internal combustion engine 1 is not purified and is not discharged into the atmosphere.
  • the temperature rise of the exhaust purification device 9 is promoted by the reaction heat between carbon monoxide (C 2 O) and oxygen.
  • the early activation of the exhaust purification device 9 can be achieved while reducing the exhaust emission before the exhaust purification device 9 is activated as much as possible. It is also possible to plan. Further, according to the control system for an internal combustion engine of the present embodiment, it is possible to purify carbon monoxide (C 2 O) without causing some or all cylinders 2 of the internal combustion engine 1 to perform a lean operation. For this reason, the combustion stability of the internal combustion engine 1 is not impaired.
  • C 2 O carbon monoxide
  • the amount of secondary air supplied from the secondary air supply device 42 at the time of execution of the adhered fuel reduction control may be a fixed amount set in advance, but it is discharged from the internal combustion engine 1. It may be changed depending on the amount of carbon (CO).
  • a method of continuously operating the secondary air supply device 42 and a method of intermittently operating the secondary air supply device 42 can be considered.
  • the ECU 20 discharges the amount of secondary air that the secondary air supply device 4 2 injects per unit time from the internal combustion engine 1.
  • the amount of carbon monoxide (CO) may be increased as the amount of carbon monoxide (CO) increases, and may be decreased as the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 decreases.
  • the ECU 20 will control the amount of secondary air that the secondary air supply device 4 2 injects per unit time or the operation per time. The time may be increased as the amount of carbon monoxide (C0) discharged from the internal combustion engine 1 increases. Further, the ECU 20 may shorten the operation interval of the secondary air supply device 4 2 as the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 increases.
  • the supply amount of secondary air is changed according to the amount of carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1, the carbon monoxide (CO) discharged from the internal combustion engine 1 is purified without excess or deficiency. The Further, since the supply amount of the secondary air does not become excessive, the temperature rise of the exhaust purification device 9 is not hindered by the secondary air.
  • the secondary air supply device 4 2 of the present embodiment is configured to supply secondary air into the exhaust port 4 of the internal combustion engine 1, but any position upstream from the exhaust purification device 9 is possible. Secondary air may be supplied to these positions.
  • the position where the secondary air supply device 42 supplies the secondary air is preferably as close to the combustion chamber as possible.

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Abstract

 本発明は、火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、触媒が十分に活性していない時に、点火時期をMBTより前へ進角させることにより内燃機関から排出される炭化水素(HC)の低減を図るとともに、触媒より上流の排気に酸素を供給することにより内燃機関から排出された一酸化炭素(CO)を酸化させるようにした。この発明によれば、排気浄化装置が未活性状態にある時の排気エミッションを可及的に低減することができるとともに、一酸化炭素(CO)の酸化反応熱を利用して触媒の早期活性も図ることができる。

Description

明 細 書 内燃機関の制御システム 技術分野
本発明は、 火花点火式の内燃機関を制御する技術に関する。 背景技術
特開 2006— 220020号公報には、 触媒を暖機する場合に、 点火時期を 遅角させるとともに、 混合気の空燃比をリーンとリッチとに交互に切り換える技 術が開示されている。
特開平 9— 88663号公報には、 内燃機関の一部の気筒をリーン空燃比で運 転させるとともに残りの気筒をリッチ空燃比で運転させることにより、 触媒の昇 温を図る技術が開示されている。 また、 同公報には、 触媒の温度が所定の温度 ( 触媒内で C〇の酸化反応が促進される温度) より低い時は、 上記制御の実行を禁 止する技術も開示されている。
特開平 11一 257062号公報には、 触媒より上流に再燃焼器が配置された 内燃機関の排気浄化装置において、 触媒を昇温させる時に、 内燃機関をリッチ空 燃比で運転させるとともに、 再燃焼器へ 2次空気を供給する技術が開示されてい る。
特開 2000— 240547号公報には、 火花点火式内燃機関が低温始動され た時に、 点火時期を MBTより前へ進角させることにより、 冷却水の受熱量を増 加させる技術が開示されている。 発明の開示 ところで、 上記した公報に記載された技術は、 触媒が活性する前の排気エミッ ションを考慮していない。
本発明の目的は、 火花点火式の内燃機関の制御システムにおいて、 触媒が活性 する前の排気ェミッションを可及的に低減しつつ触媒を早期に活性させることが できる技術の提供にある。
本発明は、 上記した目的を達成するために、 火花点火式の内燃機関の制御シス テムにおいて、 点火時期を M B Tより前へ進角させるとともに、 触媒より上流の 排気に酸素を供給することにより、 排気ェミッションの低減と触媒の早期活性と を図るようにした。
尚、 M B Tは、 内燃機関の発生トルクが最大となる点火時期 (Minimum spark advance for Best Torque) ある。
内燃機関が冷間状態にある場合等は、 気筒内の温度 (以下、 「筒内温度」 と称 する) が低くなる。 筒内温度が低い時は、 燃料が気筒内の壁面 (シリンダポア壁 面やピストンの頂面、 等) に付着し易い。 気筒内の壁面に付着した燃料 (以下、 「付着燃料」 と称する) の大部分は、 燃焼に供されることなく未燃のまま気筒内 から排出される。 その際、 内燃機関の排気系に配置された触媒が活性していなけ れば、 前記した未燃燃料が触媒で浄化されずに大気中へ排出される。
特に、 内燃機関が低温下で始動された場合は、 内燃機関の始動から触媒が活性 するまでの期間が長くなるとともに付着燃料の量が増加する。 よって、 大気中へ 排出される未燃燃料量が過多となる可能性がある。
これに対し、 本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、 火花点火式の内 燃機関において点火時期が M B Tより前に進角 (以下、 「過進角」 と称する) さ れると、 気筒内から排出される未燃燃料 (例えば、 H C ) が著しく減少すること が分かった。
更に、 本願発明者の実験及び検証によれば、 点火時期が過進角された場合は、 気筒内から排出される炭ィヒ水素 (H C ) の量が減少する一方、 気筒内から排出さ れる一酸化炭素 (C O) が増加することも分かった。
一酸化炭素 (C O) は、 炭化水素 (H C ) より低い温度域において酸化される 特性を有する。 このため、 点火時期が過進角されている時に、 排気中に十分な酸 素が存在すれば、 排気中の一酸化炭素 (C O) が酸素と反応する。
しかしながら、 内燃機関の始動時や始動直後は、 混合気の燃焼安定性を高める ために混合気の空燃比がリッチにされる。 このため、 排気中に存在する酸素量は、 一酸化炭素 (C O) の酸化に必要な量に対して過少となる可能性がある。 特に、 点火時期が過進角された時は、 上記した付着燃料の酸化により混合気中の酸素が 消費されるため、 排気中の酸素は一層少なくなると考えられる。
そこで、 本発明にかかる内燃機関の制御システムは、 点火時期を過進角させる 過進角手段と、 内燃機関の排気通路に配置された触媒と、 過進角手段により点火 時期が過進角されている時に触媒より上流の排気に酸素を供給する酸素供給手段 と、 を備えるようにした。
かかる構成によれば、 点火時期の過進角により気筒内から排出される炭化水素 (H C ) が低減されるため、 触媒の活性前に大気中へ排出される炭化水素 (H C ) を低減させることができる。
気筒内から排出される一酸化炭素 (C O) は、 酸素供給手段によって供給され た酸素と反応するため、 大気中へ排出される一酸化炭素 (C O) が増加すること も抑制される。 更に、 一酸化炭素 (C O) と酸素が反応する時に酸化反応熱が発 生するため、 該酸化反応熱によって触媒の昇温を促進することも可能となる。
従って、 本発明にかかる内燃機関の制御システムによれば、 触媒が活性する前 の排気エミッションを可及的に低減しつつ触媒の早期活性を図ることが可能にな る。
本発明にかかる内燃機関の制御システムにおいて、 酸素供給手段は、 内燃機関 の一部の気筒をリ一ンな空燃比で運転させることにより、 触媒より上流の排気に 酸素を供給してもよい。 ここでいうリーンとは、 燃料の比率が理論空燃比より低 い空燃比である。 ' 尚、 内燃機関が冷間状態にある時に一部の気筒がリーン運転されると、 混合気 の燃焼安定性が損なわれる可能性がある。 特に、 前記一部の気筒において、 点火 時期が過進角された状態で混合気の空燃比がリーンにされると、 混合気の着火不 良などが発生する可能性もある。 そこで、 内燃機関の一部の気筒をリーン運転さ せる場合には、 前記一部の気筒の点火時期を MB T以降に設定することが好まし レ^ その場合は、 前記一部の気筒の燃焼安定性を損なうことなく、 酸素の供給を 行うことが可能になる。
触媒より上流の排気通路へ 2次エアを供給可能な 2次エア供給装置が内燃機関 に備えられている場合は、 酸素供給手段は、 2次エア供給装置を作動させること によつて触媒より上流の排気に酸素を供給するようにしてもよい。
尚、 本発明にかかる排気通路は、 気筒内から排出されたガスが大気中へ排出さ れるまでに通過する通路を意味し、 例えば、 排気ポート、 ェキゾ一ストマニフォ ルド、 ェキゾ一ストパイプ、 消音器などを包含する概念である。 よって、 2次ェ ァ供給装置は、 触媒より上流という条件を満たす限り、 排気通路の何れの箇所に 2次エアを供給してもよい。
本発明にかかる内燃機関の制御システムにおいて、 酸素供給手段は、 内燃機関 を間欠的にリーン運転させることにより、 触媒より上流の排気に酸素を供給して もよい。 尚、 リーン運転時の点火時期は、 MB T以降に設定されることが好まし い。
本発明において、 酸素供給手段から供給される酸素量は、 排気中の一酸化炭素 ( C O) が多くなるほど多くされることが好ましい。 そこで、 本発明にかかる内 燃機関の制御システムは、 内燃機関から排出される一酸化炭素 (C O) の量を取 得する第 1取得手段を更に備えるようにしてもよい。 この場合、 酸素供給手段は、 第 1取得手段により取得された一酸化炭素 (C O) の量が多くなるほど酸素の供 給量を増加させるようにしてもよい。
例えば、 内燃機関の一部の気筒をリーン運転させることにより触媒上流の排気 に酸素が供給される場合は、 酸素供給手段は、 第 1取得手段により取得された一 酸化炭素 (C O) の量が多くなるほど、 リーン運転される気筒数を増加させ、 或 いはリーン運転される気筒で燃焼される混合気の空燃比を高く (リーン) するこ とにより、 排気中に残留する酸素量を増加させるようにしてもよい。
2次エア供給装置により触媒上流の排気に 2次エアが供給される場合は、 酸素 供給手段は、 第 1取得手段により取得された一酸化炭素 (C O) の量が多くなる ほど、 2次エア供給装置から単位時間当たりに供給される酸素量を増加させるよ うにしてもよい。
内燃機関を間欠的にリーン運転させることにより触媒上流の排気に酸素を供給 する場合には、 酸素供給手段は、 第 1取得手段により取得された一酸化炭素 (C 0) の量が多くなるほど、 リーン運転時の空燃比を高く (リーン) する、 1回当 たりのリーン運転時間を長くする、 又は、 一定期間当たりにリーン運転される回 数を増加させる、 等の方法を採るようにしてもよい。
次に、 本発明にかかる内燃機関の制御システムは、 触媒の温度を取得する第 2 取得手段を更に備えるようにしてもよい。 このような構成においては、 酸素供給 手段は、 過進角手段により点火時期が過進角されている時に、 第 2取得手段によ り取得された触媒温度が所定温度以上であることを条件に、 前記触媒より上流の 排気に酸素を供給するようにしてもよい。 言い換えれば、 酸素供給手段は、 過進 角手段により点火時期が過進角されている時であっても、 第 2取得手段により取 得された触媒温度が所定温度未満であれば酸素の供給を停止するようにしてもよ い。 触媒が排気中の一酸化炭素 (C O) を酸化させる能力 (以下、 「c〇浄化能」 と称する) は、 該触媒が排気中の炭化水素 (H C) を酸化させる能力 (以下、 「 H C浄化能」 と称する) より低い温度で活性する。 しかしながら、 触媒の温度が 極めて低い場合は C O浄化能も未活性となる。 よって、 触媒の C O浄化能が活性 する前に酸素供給手段が酸素の供給を行っても、 排気中の一酸化炭素 (C O) を 浄化することは困難である。
このため、 酸素供給手段は、 点火時期が過進角されている時であっても、 触媒 の温度が所定温度より低ければ、 酸素の供給を停止することが好ましい。 前記し た所定温度は、 触媒の C O浄化能が活性する温度範囲の最低値と同等に設定され てもよい。
但し、 排気の温度が比較的高い時は排気中の一酸化炭素 (C O) が触媒に依存 することなく酸素と反応する。 よって、 触媒の温度が所定温度未満であっても排 気温度が十分に高ければ、 酸素供給手段による酸素の供給が行われてもよい。 本発明にかかる内燃機関の制御システムにおいて、 酸素供給手段は、 触媒にお ける炭化水素 (H C) の浄化率 (以下、 「H C浄化率」 と称する) が触媒におけ る一酸化炭素 (C O) の浄化率 (以下、 「C O浄化率」 ) を上回った時に、 触媒 上流の排気に対する酸素の供給を停止するようにしてもよい。
本願発明者の知見によれば、 触媒の暧機過程 (昇温過程) において、 触媒温度 が低い時は C O浄化率が H C浄化率より高くなるが、 触媒温度が特定温度以上に 昇温すると H C浄化率が C〇浄化率を上回るようになる。
よって、 触媒温度が特定温度以上に昇温した後は、 過進角手段による点火時期 の過進角が行われなくとも触媒において炭化水素 (H C) が浄化されるようにな る。 更に、 点火時期の過進角が終了すると、 気筒内から排出される一酸化炭素 ( C O) の量も減少するため、 酸素供給手段による酸素の供給も不要となる。
尚、 触媒の C O浄化率と H C浄化率は、 触媒の温度と相関する。 よって、 酸素 供給手段は、 触媒の温度に基づいて C O浄ィヒ率と H C浄化率との相対関係を推定 してもよい。 具体的には、 H C浄化率と C O浄化率とが同等になる時の触媒温度 (上記した特定温度に相当) を予め実験的に求めておき、 実際の触媒温度が前記 特定温度を超えたことを条件に酸素供給手段による酸素供給が停止されるように してもよい。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 1における内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図 である。
図 2は、 気筒内から排出される炭化水素 (H C) と点火時期との関係を示す 図である。
図 3は、 点火時期と気筒内の状態との関係を示す図である。
図 4は、 気筒内から排出される一酸化炭素 (C O) と点火時期との関係を示 す図である。
図 5は、 実施例 1における付着燃料低減制御の実行方法を示すタイミングチ ヤー卜である。
図 6は、 実施例 1における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャート である。
図 7は、 実施例 2における付着燃料低減制御の実行方法を示すタイミングチ ャ一卜である。
図 8の (a ) はリーン運転時の空燃比と C O量との関係を示す図であり、 図 8の (b ) は 1回当たりのリーン運転時間と C O量との関係を示す図であり、 図 8の (c ) は、 リーン運転のインターバルと C O量との関係を示す図である。
図 9は、 実施例 2における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチヤ一ト である。 図 1 0は、 実施例 3における内燃機関の制御システムの概略構成を示す図で ある。
図 1 1は、 実施例 3における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチヤ一 トである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
<実施例 1 >
本発明の第 1の実施例について図 1〜図 6に基づいて説明する。 図 1は、 本発 明にかかる内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図である。
図 1に示す内燃機関 1は、 複数の気筒 2を有する 4ストロークサイクルの火花 点火式内燃機関 (ガソリンエンジン) である。 内燃機関 1の各気筒 2は、 吸気ポ —ト 3を介して吸気通路 3 0に接続されるとともに、 排気ポート 4を介して排気 通路 4 0に接続される。
吸気ポート 3には、 気筒 2内へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁 5が設けら れる。 吸気通路 3 0には、 該吸気通路 3 0内を流通する空気量を制御するスロッ トル弁 6が設けられる。 スロットル弁 6より下流の吸気通路 3 0には、 該吸気通 路 3 0内の圧力 (吸気圧) を測定する吸気圧センサ 7が設けられる。 スロットル 弁 6より上流の吸気通路 3 0には、 該吸気通路 3 0を流れる空気量を測定するェ アフロ一メータ 8が設けられる。
排気通路 4 0には、 排気浄化装置 9が配置される。 排気浄化装置 9は、 三元触 媒ゃ吸蔵還元型 N O X触媒等を具備し、 所定の活性温度域にある時に排気を浄化 する。 尚、 ここで言う排気浄化装置 9の活性とは、 特段の記載がない限り H C浄 化能の活性を示す。
排気浄化装置 9より下流の排気通路 4 0には、 該排気通路 4 0内を流れる排気 の温度を測定する排気温度センサ 4 1が配置される。
また、 内燃機関 1には、 気筒 2内に臨む吸気ポート 3の開口端を開閉する吸気 弁 1 0と、 気筒 2内に臨む排気ポート 4の開口端を開閉する排気弁 1 1が設けら れる。 これら吸気弁 1 0と排気弁 1 1は、 吸気側カムシャフト 1 2と排気側カム シャフト 1 3によりそれぞれ開閉駆動される。
気筒 2の上部には、 該気筒 2内の混合気に点火する点火プラグ 1 4が配置され る。 気筒 2内には、 ピストン 1 5が摺動自在に揷入される。 ピストン 1 5は、 コ ネクティングロッド 1 6を介してクランクシャフト 1 7と接続される。
クランクシャフト 1 7近傍の内燃機関 1には、 クランクシャフト 1 7の回転角 度を検出するクランクポジションセンサ 1 8が配置される。 更に、 内燃機関 1に は、 該内燃機関 1を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ 1 9が取り付け られる。
このように構成された内燃機関 1には、 E C U 2 0が併設される。 E C U 2 0 は、 C P U、 R〇M、 R AM等を備えた電子制御ユニットである。 E C U 2 0は、 前述した吸気圧センサ 7、 エアフローメータ 8、 クランクポジションセンサ 1 8、 水温センサ 1 9、 排気温度センサ 4 1等の各種センサと電気的に接続され、 各種 センサの測定値を入力する。
E C U 2 0は、 前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁 5、 スロッ トル弁 6、 及び点火プラグ 1 4を電気的に制御する。 例えば、 E C U 2 0は、 気 筒 2内の壁面に付着する燃料を低減させる付着燃料低減制御を行う。
以下、 本実施例における付着燃料低減制御について述べる。
内燃機関 1が冷間状態にある場合のように筒内温度が低い場合は、 燃料が気筒 2内の壁面やピストン 1 5に付着し易い。 気筒 2内の壁面やピストン 1 5に付着 した燃料 (付着燃料) の大部分は、 燃焼に供されることなく未燃のまま気筒内か ら排出される。 その際、 排気浄化装置 9の温度が活性温度域に達していなければ、 前記した未燃燃料が排気浄化装置 9で浄ィヒされずに大気中へ排出される。
特に、 内燃機関 1が冷間始動された場合は、 内燃機関 1の始動から排気浄化装 置 9が活性するまでの期間が長くなるとともに付着燃料量が増加する。 このため、 大気中へ排出される未燃燃料の量が過多となる虞がある。
これに対し、 付着燃料低減制御では、 ECU 20は、 付着燃料量が多くなる時 に、 点火プラグ 14の作動タイミング (点火時期) を MBTより前へ進角 (過進 角) させることにより、 気筒 2内から排出される未燃燃料 (主に、 炭化水素 (H C) ) を低減させる。
本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、 点火時期が MB Tより前へ進角さ れた場合は、 図 2に示されるように、 その進角量が増加するほど気筒 2内から排 出される炭化水素 (HC) が減少することが解った。
このメカニズムについては明確に解明されていないが、 凡そ以下のようなメカ ニズムによると考えられる。
図 3は、 点火時期が過進角された場合 (図 3中の ST1) と、 点火時期が MB Tに設定された場合 (図 3中の ST2) と、 点火時期が圧縮上死点 (TDC) に 設定された場合 (図 3中の ST3) との各々において気筒 2内の状態を計測した 結果を示す図である。
図 3中の実線は点火時期が過進角された場合、 破線は点火時期が MB Tに設定 された場合、 一点破線は点火時期が圧縮上死点 (TDC) に設定された場合を各 々示している。
図 3において、 点火時期が過進角された場合は、 点火時期が MBTに設定され た場合及び点火時期が圧縮上死点 (TDC) に設定された場合に比べ、 圧縮上死 点前に燃焼される混合気の量が多くなる。 このため、 混合気の燃焼により発生す る熱エネルギのピーク (図 3中の熱発生率、 発生熱量、 及び燃焼質量割合を参照 ) が圧縮上死点前へシフ.トする。 よって、 混合気の燃焼による昇温 '昇圧効果と、 ピストンの上昇動作 (下死点 から上死点へ向かう動作) による圧縮効果との相乗効果により、 圧縮行程から膨 張行程までの期間における筒内圧及び筒内温度のピーク値が大幅に上昇する。 そ の結果、 気筒内の壁面に付着した燃料、 および Zまたは気筒内の壁面に付着する 前の燃料の気化及び酸化が促進されると考えられる。
そこで、 E C U 2 0は、 排気浄化装置 9が未活性状態にあり、 且つ、 付着燃料 量が所定量以上である時は、 点火時期を過進角させるようにした。
尚、 付着燃料量の取得方法としては、 光学的に液膜の厚さを計測するセンサを 気筒 2内に配置して実測する方法、 電気伝導率を計測するセンサを気筒 2内に配 置し該センサの計測値を付着燃料量に換算する方法、 若しくは内燃機関 1の運転 条件 (以下、 「機関運転条件」 と称する) から付着燃料量を推定する方法等を例 示することができる。
機関運転条件から付着燃料量を推定する場合は、 E C U 2 0は、 水温センサ 1 9の測定値 (冷却水温度) と、 吸気圧センサ 7の測定値 (吸気圧) と、 内燃機関 1の始動時から現時点までの積算吸入空気量と、 内燃機関 1の始動時から現時点 までの積算燃料噴射量と、 現時点における燃料噴射量と、 現時点における混合気 の空燃比との少なくとも一つをパラメ一夕として付着燃料量を推定するようにし てもよい。
また、 排気浄化装置 9が活性しているか否かを判別する方法としては、 該排気 浄化装置 9の温度が活性温度域 (温度浄化ウィンド) 内に収まっていることを条 件に活性していると判定する方法を例示することができる。
排気浄化装置 9の温度は、 内燃機関 1の運転状態 (例えば、 冷却水温度、 排気 浄化装置 9へ流入する排気の温度、 或いは排気浄化装置 9から流出する排気の温 度など) 、 および Zまたは内燃機関 1の運転履歴 (例えば、 始動時からの積算吸 入空気量、 或いは始動時からの積算燃料噴射量など) から推定されてもよい。 本 実施例で例示した内燃機関 1は排気浄化装置 9より下流の排気通路に排気温度セ ンサ 4 1を備えているため、 該排気温度センサ 4 1の測定値 (すなわち、 排気浄 化装置 9から流出する排気の温度) に基づいて排気浄化装置 9の温度が推定され てもよい。 その場合、 排気温度センサ 4 1が本発明にかかる第 2取得手段に相当 する。
上記した方法により付着燃料量及び排気浄化装置 9の温度が取得されると、 E C U 2 0は、 付着燃料が所定量以上であるか否かを判別するとともに、 排気浄化 装置 9の温度が活性温度域より低いか否かを判別する。 前記所定量は、 内燃機関 1の全気筒 2から排出される未燃燃料の総量が規制量を下回るように定められて もよい。
E C U 2 0は、 付着燃料量が所定量以上であり、 且つ、 排気浄化装置 9の温度 が活性温度域より低いと判定した場合は、 点火時期を過進角させる。 この場合、 内燃機関 1の気筒 2内から排出される炭化水素 (H C) の量が大幅に低減される。 その結果、 排気浄化装置 9の浄化能に依存することなく、 内燃機関 1から大気中 へ排出される炭化水素 (H C) を低減することが可能となる。
ところで、 本願発明者の実験及び検証によれば、 点火時期が過進角された場合 は、 気筒 2内から排出される炭ィ匕水素 (H C) の量は減少するが、 気筒 2内から 排出される一酸化炭素 (C O) の量は図 4に示すように増加することも分かった。 これに対し、 E C U 2 0は、 点火時期を過進角させる時に、 排気浄化装置 9よ り上流の排気に酸素を供給する処理 (以下、 「酸素供給処理」 と称する) を行う ようにした。
一酸化炭素 (C O) は、 炭化水素 (H C) より低温下で酸化する特性を有して いる。 このため、 排気浄化装置 9へ流入する排気が十分な量の酸素を含有してい れば、 排気中の一酸化炭素 (C O) が排気中および または排気浄ィ匕装置 9にお いて酸化される。 W
13 但し、 排気温度が一酸化炭素 (C O) の酸化可能な温度域の最低値 (以下、 「 C O酸化開始温度」 と称する) より低く、 且つ、 排気浄化装置 9の温度が該排気 浄化装置 9の C〇浄化能が活性する温度域の最低値 (以下、 「 C〇浄化開始温度 」 と称する) より低い場合は、 排気中の酸素量が十分であっても、 排気中の一酸 化炭素 (C O) は殆ど酸化されない。
よって、 点火時期が過進角されている時であっても、 排気温度が C O酸化開始 温度未満であり、 且つ、 排気浄化装置 9の温度が C O浄化開始温度未満である時 は、 酸素供給処理の実行が禁止されることが好ましい。
そこで、 E C U 2 0は、 点火時期を過進角させている時に、 排気温度センサ 4 1の測定値 (排気温度) が所定温度以上であることを条件に、 酸素供給処理を実 行するようにした。 前記所定温度は、 C O酸化開始温度と C O浄化開始温度との 何れか低い方の温度に相当する。
尚、 排気浄化装置 9の C O浄化開始温度は、 一酸化炭素 (C O) が排気浄化装 置 9に依存することなく酸化される温度域より低い。 このため、 前記所定温度は、 排気浄化装置 9の C O浄化開始温度と同等に設定されてもよい。
酸素供給処理の具体的な実行方法としては、 内燃機関 1の一部の気筒 2をリー ン運転させる方法を例示することができる。 内燃機関 1の一部の気筒 2がリーン 運転された場合は、 リーン運転される気筒 2 (以下、 「リーン運転気筒」 と称す る) は、 酸素含有量の多いガスを排出する。 その結果、 排気浄化装置 9より上流 の排気に酸素が供給される。 以下では、 内燃機関 1の一部の気筒 2をリーン運転 させる処理を 「気筒別処理」 と称する。
ところで、 気筒別処理実行時にリーン運転される気筒の点火時期が過進角され ていると、 混合気の着火性や燃焼安定性が低下する可能性がある。 このため、 リ 一ン運転気筒の点火時期は M B T以降に遅角されることが好ましい。 リーン運転 気筒の点火時期が MB T以降に設定されると、 該リーン運転気筒における混合気 の着火性や燃焼安定性の低下が抑制される。
次に、 本実施例における付着燃料低減制御の実行方法について図 5に基づいて 説明する。 図 5は、 付着燃料低減制御の実行手順を示すタイミングチャートであ る。
図 5中の排気温度は、 排気温度センサ 41の測定値であり、 排気浄化装置 9の 温度の代替値としても用いられる。 付着燃料量は、 点火時期の過進角が行われな いと仮定した場合の付着燃料量を示している。 過進角実行フラグは、 過進角実行 条件の成立時に "1"がセットされ、 過進角実行条件の不成立時に" 0"がリセット されるフラグである。 酸素供給フラグは、 酸素供給条件の成立時に" 1"がセット され、 酸素供給条件の不成立時に" 0"がリセットされるフラグである。
前記した過進角実行条件は、 ( 1 ) 付着燃料量が所定量 A f u e l以上である、
(2) 排気浄化装置 9の温度 (排気温度) が第 2所定温度 T 2未満である、 及び
(3) 内燃機関 1で燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比以下である、 等 の条件が全て成立した時に成立する。
前記した第 2所定温度 T 2は、 排気浄化装置 9の H C浄化能が活性した時の排 気浄化装置 9の温度 (この場合は、 排気温度) に相当する。 詳細には、 第 2所定 温度 T 2は、 排気浄化装置 9の HC?争ィ匕率が CO浄ィヒ率と同等になる時の排気浄 化装置 9の温度 (排気温度) に相当する。 この第 2所定温度 T 2は、 予め実験的 に求められている。
前記した酸素供給条件は、 (1) 排気浄化装置 9の温度 (排気温度) が第 1所 定温度 T1以上である、 及び、 (2) 排気浄化装置 9の温度 (排気温度) が第 2 所定温度 T 2未満である、 等の条件が成立した時に成立する。
前記した第 1所定温度 T 1は、 排気浄化装置 9の CO浄化開始温度に相当し、 予め実験的に求められている。
図 5において、 付着燃料量が所定量 A f u e l以上であり、 且つ、 排気浄化装 置 9の温度 (排気温度) が第 1所定温度 T 1より低い期間 (図 5中の t 1 ) では、 E C U 2 0は、 過進角実行フラグの値を" 1 "にするとともに、 酸素供給フラグの 値を" 0 "にする。
この場合、 気筒別処理は実行されずに点火時期の過進角のみが実行される。 す なわち、 内燃機関 1の全気筒 2は、 リーン運転されずに点火時期のみが過進角さ れる。 その結果、 内燃機関 1の全気筒 2から排出される炭化水素 (H C) が低減 される。
続いて、 排気浄化装置 9の温度 (排気温度) が第 1所定温度 T 1以上、 且つ、 第 2所定温度 T 2未満となる期間 (図 5中の t 2 ) では、 E C U 2 0は、 過進角 実行フラグの値を " 1 " にするとともに、 酸素供給フラグの値も" 1 "にする。
この場合、 気筒別処理が実行されると同時に点火時期の過進角が実行される。 すなわち、 内燃機関 1の一部の気筒 2がリーン運転されるとともに、 それらリー ン運転気筒 2の点火時期が MB T以降に遅角される。 リーン運転されない気筒 ( 以下、 「非リーン運転気筒」 と称する) 2の点火時期は過進角される。
リーン運転気筒 2は、 多量の酸素を含有した排気を排出する。 リーン運転気筒 2における混合気の着火性や燃焼安定性は、 点火時期が M B T以降に遅角される ことによって補償される。 点火時期の遅角による付着燃料量の増加は、 混合気の リーン化により補償される。 従って、 リーン運転気筒 2は、 着火性や燃焼安定性 を損なわずに、 酸素の含有量が多く、 且つ、 炭化水素 (H C) の含有量が少ない 排気を排出する。
非リーン運転気筒 2は、 点火時期の過進角により炭化水素 (H C) の含有量が 少なく、 且つ、 一酸化炭素 (C O) の含有量が多い排気を排出する。 非リーン運 転気筒 2から排出された一酸化炭素 (C〇) は、 リーン運転気筒 2から排出され た酸素と排気中および または排気浄化装置 9において反応する。 その結果、 上 記した期間 t 2において、 内燃機関 1から大気中へ排出される炭化水素 (H C) 及び一酸化炭素 (C O) が大幅に低減される。 更に、 排気浄化装置 9は、 一酸化 炭素 (C O) の酸化反応熱を受けて速やかに昇温する。
次に、 排気浄化装置 9の温度 (排気温度) が第 2所定温度 T 2以上まで上昇し た後 (図 5中の t 3 ) は、 E C U 2 0は、 過進角実行フラグの値を " 0 " にリセ ットするとともに、 酸素供給フラグの値を" 0,,にリセットする。
この場合、 内燃機関 1の全気筒 2が通常の空燃比で運転されるとともに、 全気 筒 2の点火時期が通常の点火時期に戻される。 点火時期の過進角が終了されると、 全気筒 2の排気に含有される炭化水素 (H C) が増加する可能性がある。 しかし ながら、 排気浄ィ匕装置 9の H C浄化率が十分に高くなつているため、 全気筒 2か ら排出された炭化水素 (H C) は排気浄化装置 9において酸化 (浄化) される。 その結果、 内燃機関 1から排出された炭化水素 (H C) が浄化されずに大気中へ 排出されることはない。
尚、 気筒別処理が実行される際にリーン運転される気筒 2の数、 および Zまた はリーン運転気筒 2の空燃比は予め定められた固定値であってもよいが、 非リー ン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (C O) の量に応じて変更される可変値 であってもよい。
例えば、 リーン運転される気筒 2の数は、 非リーン運転気筒 2から排出される 一酸化炭素 (C O) の量が多くなるほど多くされるとともに、 非リーン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (C〇) の量が少なくなるほど少なくされてもよい。 また、 リーン運転気筒 2の空燃比は、 非リーン運転気筒 2から排出される一酸化 炭素 (C O) の量が多くなるほど高くされるとともに、 非リーン運転気筒 2から 排出される一酸化炭素 (C〇) の量が少なくなるほど低くされてもよい。
気筒別処理実行時にリーン運転される気筒 2の数、 および Zまたはリーン運転 気筒 2の空燃比が非リーン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (C O) の量に 応じて変更されると、 非リーン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (C O) が 過不足なく浄化される。 更に、 リーン運転される気筒 2の数が不要に多くされた り、 リーン運転気筒 2の空燃比が不要に高くされたりすることもなくなる。 この ため、 内燃機関 1の燃焼状態を可及的に安定させることもできる。
非リーン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (CO) の量は、 排気浄化装置 9より上流に CO濃度センサを配置して検出されるようにしてもよい。 その場合、 C〇濃度センサが本発明にかかる第 1取得手段に相当する。 また、 非リーン運転 気筒 2から排出される一酸^炭素 (CO) の量は、 ECU20が内燃機関 1の運 転条件 (燃料噴射量、 吸入空気量、 点火時期、 空燃比、 冷却水温度、 吸気温度、 或いは外気温度等の少なくとも一つ) から推定してもよい。 その場合、 ECU2 0が本発明にかかる第 1取得手段に相当する。
次に、 本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図 6のフローチ ヤートに沿って説明する。 図 6は、 付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチヤ ートである。 この付着燃料低減制御ル一チンは、 ECU20によって周期的に実 行されるルーチンであり、 ECU 20の ROMに予め記憶されている。
付着燃料低減制御ルーチンにおいて、 ECU 20は、 先ず S 101において過 進角実行フラグの値が" 1"であるか否かを判別する。 すなわち、 ECU20は、 前述した図 5の説明で述べた過進角実行条件が成立しているか否かを判別する。 前記 S 101において否定判定された場合 (過進角実行フラグ≠1) は、 EC U20は、 本ルーチンの実行を一旦終了する。 一方、 前記 S 101において肯定 判定された場合 (過進角実行フラグ =1) は、 ECU20は、 S 102へ進む。
S 102では、 ECU 20は、 酸素供給フラグの値が" 1"であるか否かを判別 する。 すなわち、 ECU 20は、 前述した図 5の説明で述べた酸素供給条件が成 立しているか否かを判別する。
前記 S 102で肯定判定された場合 (酸素供給フラグ =1) は、 ECU20は、 S 103へ進む。 S 103では、 ECU20は、 点火時期の過進角と気筒別処理 とを実行する (前述した図 5の期間 t 2を参照) 。 詳細には、 ECU 20は、 一 部の気筒 2について混合気の空燃比をリーンに設定するとともに点火時期を MB T以降に遅角させる。 ECU20は、 非リーン運転気筒 2については、 点火時期 を過進角させる。 リーン運転される気筒 2の数、 および Zまたはリーン運転気筒 2の空燃比は、 非リーン運転気筒 2から排出される一酸化炭素 (CO) の量に応 じて変更されてもよい。
前記 S 103の処理が実行された場合は、 リーン運転気筒 2は、 混合気の着火 性及び燃焼安定性を損なうことなく、 酸素の含有量が多く且つ炭化水素 (HC) の含有量が少ない排気を排出する。 非リーン運転気筒 2は、 炭化水素 (HC) の 含有量が少なく且つ一酸化炭素 (CO) の含有量が多い排気を排出する。
非リーン運転気筒 2から排出された一酸化炭素 (CO) は、 リーン運転気筒 2 力 ^ら排出された酸素と排気中および Zまたは排気浄化装置 9において反応する。 一酸化炭素 (CO) が酸化する際に発生する熱は、 排気浄化装置 9に伝達される。 その結果、 内燃機関 1の運転状態を不安定にすることなく、 該内燃機関 1から 大気中へ排出される炭化水素 (HC) 及び一酸化炭素 (CO) を低減可能になる とともに、 排気浄化装置 9の早期活性を図ることも可能となる。
一方、 前記 S 102で否定判定された場合 (酸素供給フラグ≠1) は、 ECU 20は、 S 104へ進む。 S 104では、 ECU20は、 気筒別処理を実行せず に点火時期の過進角のみを実行する (前述した図 5の期間 t 1を参照) 。
この場合、 内燃機関 1の全気筒 2において点火時期が過進角される。 点火時期 の過進角により内燃機関 1の全気筒 2から排出される炭化水素 (HC) が低減さ れる。 その結果、 内燃機関 1から大気中へ排出される炭化水素 (HC) が低減さ れる。
このように E C U 20が図 6の付着燃料低減制御ルーチンを実行することによ り、 本発明にかかる過進角手段及び酸素供給手段が実現される。 よって、 火花点 火式の内燃機関 1において、 排気浄化装置 9が活性する前の排気エミッションを 可及的に低減しつつ排気浄化装置 9の早期活性を図ることができる。
ぐ実施例 2 >
次に、 本発明にかかる内燃機関の制御システムの第 2の実施例について図 7〜 図 9に基づいて説明する。 ここでは、 前述した第 1の実施例と異なる構成につい て説明し、 同様の構成については説明を省略する。
本実施例では、 酸素供給条件が成立した時に、 内燃機関 1の全気筒 2を間欠的 にリーン運転させることにより、 排気浄化装置 9より上流の排気に酸素を供給す る例について述べる。
図 7は、 本実施例における付着燃料低減制御の実行方法を示すタイミングチヤ —トである。 図 7に示す空燃比は、 内燃機関 1の全気筒 2において燃焼に供され る混合気の空燃比を示す。
図 7において、 酸素供給条件が成立する期間 (図 7中の t 2 ) では、 E C U 2 0は、 内燃機関 1を間欠的にリーン運転させる。 この場合、 内燃機関 1の全気筒 2で燃焼に供される空燃比は、 間欠的にリーンとなる。 内燃機関 1がリーン運転 された時は、 該内燃機関 1から排出される排気は、 多量の酸素を含有したガスと なる。 その結果、 排気浄化装置 9より上流の排気に対し、 間欠的に酸素が供給さ れる。 尚、 内燃機関 1がリーン運転される時の点火時期は、 M B T以降に遅角さ れることが好ましい。
従って、 内燃機関 1がリーン運転されていない時 (図 7の例では、 内燃機関 1 がリッチ運転されている時) に該内燃機関 1から排出された一酸化炭素 (C O) は、 内燃機関 1がリーン運転された時に該内燃機関 1から排出される酸素と排気 中および/または排気浄化装置 9において反応する。
ところで、 リーン運転時期とリッチ運転時期とは相違するため、 リッチ運転時 の内燃機関 1から排出された一酸化炭素 (C〇) の全てが酸化されない場合も考 えられる。 よって、 排気浄化装置 9は、 リーン雰囲気の排気に曝された時は排気 中の酸素を吸蔵し、 リツチ雰囲気の排気に曝された時は吸蔵していた酸素を放出 する能力 (所謂、 酸素吸蔵能) を有していることが好ましい。
排気浄化装置 9が酸素吸蔵能を有していると、 内燃機関 1のリーン運転時は排 気中に酸素を吸蔵し、 内燃機関 1のリッチ運転時は吸蔵していた酸素を放出する ことができる。 その結果、 リッチ運転状態の内燃機関 1から排出される一酸化炭 素 (C O) の略全てを酸化させることが可能になる。
また、 内燃機関 1がリーン運転される時の空燃比 AZF 1、 1回当たりのリー ン運転時間 A t 1、 又は、 単位時間当たりにリーン運転される回数 (言い換えれ ば、 リーン運転とリーン運転との間のインターバル△ t 2 ) は、 リッチ運転時の 内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量に応じて変更されてもよい。 例えば、 リーン運転時の空燃比 AZF 1は、 図 8の (a ) に示すように、 リツ チ運転時の内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量 (或いは排気中の C O濃度) が多くなるほど高くされるとともに、 リッチ運転時の内燃機関 1から 排出される一酸化炭素 (C〇) の量 (或いは排気中の C O濃度) が少なくなるほ ど低くされてもよい。
1回当たりのリーン運転時間△ t 1は、 図 8の (b ) に示すように、 リッチ運 転時の内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量 (或いは排気中の C O 濃度) が多くなるほど長くされるとともに、 リッチ運転時の内燃機関 1から排出 される一酸化炭素 (C O) の量 (或いは排気中の c〇濃度) が少なくなるほど短 くされてもよい。
リーン運転のイン夕一バル△ t 2は、 図 8の (c ) に示すように、 リッチ運転 時の内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量 (或いは排気中の C O濃 度) が多くなるほど短くされるとともに、 リッチ運転時の内燃機関 1から排出さ れる一酸化炭素 (C O) の量 (或いは排気中の C O濃度) が少なくなるほど長く されてもよい。 この場合、 単位時間当たりのリーン運転回数は、 リッチ運転時の 内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (CO) の量 (或いは排気中の CO濃度) が多くなるほど多くなるとともに、 リッチ運転時の内燃機関 1から排出される一 酸化炭素 (CO) の量 (或いは排気中の CO濃度) が少なくなるほど少なくなる。 図 8の (a) 〜 (c) に示したようにリ一ン運転時の空燃比 A/F 1、 1回当 たりのリーン運転時間 At 1、 又はリーン運転のインターバル△ t 2が決定され ると、 リッチ運転時の内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (CO) が過不足な く浄化される。 更に、 リーン運転時の空燃比 AZF 1、 1回当たりのリーン運転 時間 At l、 単位時間当たりのリーン運転回数が不要に増加されないため、 内燃 機関 1の燃焼状態を可及的に安定させることもできる。
次に、 本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図 9のフローチ ヤー卜に沿って説明する。 図 9は、 付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチヤ —卜である。 この付着燃料低減制御ルーチンは、 ECU20によって周期的に実 行されるルーチンであり、 ECU20の ROMに予め記憶されている。 尚、 図 9 において、 前述した第 1の実施例の付着燃料低減制御ルーチン (図 6を参照) と 同様の処理については同一の符号が付されている。
図 9の付着燃料低減制御ルーチンにおいて、 E CU 20は、 S 102において 肯定判定された場合 (酸素供給フラグ = 1) に、 S 201へ進む。 S 201では、 ECU 20は、 全気筒 2の点火時期を過進角させる。 更に、 ECU 20は、 リ一 ン運転時の空燃比 AZF 1、 1回当たりのリーン運転時期間 At 1、 及びリーン 運転のィン夕ーバル△ t 2を決定する。 リーン運転時の空燃比 AZF 1と 1回当 たりのリーン運転時期間△ t 1とリーン運転のインターバル△ t 2とのうち少な くとも一つは、 前述した図 8に示したマップに基づいて決定されてもよい。
S 202では、 ECU 20は、 リッチカウンタを起動させる。 リッチカウンタ は、 内燃機関 1がリッチ運転された時間を計測するカウン夕である。 S 203では、 ECU20は、 リッチカウンタの値が前記したインターバル△ t 2以上であるか否かを判別する。 S 203において否定判定された場合 (リッ チカウンタ値 <At 2) は、 ECU20は、 リッチカウン夕値が前記インターパ ル厶 t 2以上となるまで S 203の処理を繰り返し実行する。 S 203において 肯定判定された場合 (リッチカウンタ値≥△ t 2) は、 ECU20は、 S 204 へ進む。
S 204では、 E C U 20は、 内燃機関 1の全気筒 2の空燃比を前記 S 20 1 で決定された空燃比 AZF 1へ変更するとともに、 点火時期を MBT以降に遅角 させる。
S 205では、 ECU20は、 リーンカウン夕を起動させる。 リーンカウン夕 は、 内燃機関 1がリーン運転された時間を計測するカウンタである。
S 206では、 ECU 20は、 リーンカウンタの値が前記 S 201で決定され たリーン運転時間△ t 1以上であるか否かを判別する。 S 206において否定判 定された場合 (リーンカウンタ値 <At 1) は、 ECU20は、 リーンカウン夕 値が前記リーン運転時間 At 1以上となるまで S 206の処理を繰り返し実行す る。 S 206において肯定判定された場合 (リーンカウンタ値 1) は、 E CU20は、 S 207へ進む。
S 207では、 ECU20は、 全気筒 2の空燃比を通常の空燃比に戻すととも に、 点火時期の過進角を再開させる。 続いて、 ECU20は、 S 101へ戻り、 過進角実行フラグの値が" 1,,であるか否かを判別する。 ECU20は、 S 10 1 において肯定判定された場合 (過進角実行フラグ =1) は S 102以降の処理を 実行し、 S 1 0 1において否定判定された場合 (過進角実行フラグ≠ 1) は S 2 08において点火時期を通常のタイミングに復帰させる。
以上述べたように、 E C U 20が図 9の付着燃料低減制御ルーチンを実行する と、 過進角実行条件及び酸素供給条件が成立している時に、 内燃機関 1が間欠的 にリーン運転される。 その結果、 内燃機関 1から大気中へ排出される炭ィヒ水素 ( HC) 及び一酸化炭素 (CO) を低減可能になるとともに、 排気浄化装置 9の早 期活性を図ることも可能となる。
従って、 本実施例の内燃機関の制御システムによれば、 火花点火式の内燃機関 1において、 排気浄化装置 9が活性する前の排気エミッションを可及的に低減し つつ排気浄化装置 9の早期活性を図ることができる。
<実施例 3>
次に、 本発明にかかる内燃機関の制御システムの第 3の実施例について図 10 〜図 11に基づいて説明する。 ここでは、 前述した第 1の実施例と異なる構成に ついて説明し、 同様の構成については説明を省略する。
本実施例では、 酸素供給条件が成立した時に、 2次エア供給装置を利用して排 気浄化装置 9より上流の排気に酸素を供給する例について述べる。
図 10は、 本実施例における内燃機関の制御システムの概略構成を示す図であ る。 図 10に示す内燃機関 1は、 排気ポート 4内へ空気 (2次エア) を噴射する 2次エア供給装置 42を具備している。 その他の構成は、 前述した第 1の実施例 と同様である。
以下、 本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図 11のフロー チャートに沿って説明する。 図 1 1は、 付着燃料低減制御ルーチンを示すフロー チャートである。 この付着燃料低減制御ルーチンは、 ECU20によって周期的 に実行されるルーチンであり、 ECU20の ROMに予め記憶されている。 尚、 図 11において、 前述した第 1の実施例の付着燃料低減制御ルーチン (図 6を参 照) と同様の処理については同一の符号が付されている
図 11の付着燃料低減制御ル一チンにおいて、 E CU 20は、 S 102におい て肯定判定された場合 (酸素供給フラグ =1) に、 S 301へ進む。 S 301で は、 ECU 20は、 内燃機関 1の全気筒 2の点火時期を過進角させるとともに、 2次エア供給装置 4 2を作動させる。
この場合、 内燃機関 1の全気筒 2から排出される排気は、 炭化水素 (H C) の 含有量が少なく且つ一酸化炭素 (C O) の含有量が多いガスとなる。 このような 排気に対し、 2次エア供給装置 4 2から 2次エアが供給されると、 排気中の一酸 化炭素 (C O) と 2次エア中の酸素とが排気中および Zまたは排気浄ィヒ装置 9に おいて反応する。 その結果、 内燃機関 1から排出された一酸化炭素 (C O) が浄 化されずに大気中へ排出されなくなる。 更に、 一酸化炭素 (C O) と酸素との反 応熱により排気浄化装置 9の昇温が促進される。
従って、 本実施例にかかる内燃機関の制御システムによれば、 火花点火式内燃 機関において、 排気浄化装置 9が活性する前の排気ェミツションを可及的に低減 させつつ排気浄化装置 9の早期活性を図ることも可能となる。 また、 本実施例の 内燃機関の制御システムによれば、 内燃機関 1の一部或いは全ての気筒 2をリー ン運転させることなく、 一酸化炭素 (C O) の浄化を図ることができる。 このた め、 内燃機関 1の燃焼安定性が損なわれることもない。
尚、 付着燃料低減制御の実行時に 2次エア供給装置 4 2から供給される 2次ェ ァの量は、 予め設定された固定量であってもよいが、 内燃機関 1から排出される 一酸化炭素 (C O) の量に応じて変更されてもよい。
その際、 2次エア供給装置 4 2の作動方法として、 該 2次エア供給装置 4 2を 連続的に作動させる方法と、 該 2次エア供給装置 4 2を間欠的に作動させる方法 が考えられる。
2次エア供給装置 4 2が連続的に作動させられる場合は、 E C U 2 0は、 2次 エア供給装置 4 2が単位時間当たりに噴射する 2次エアの量を、 内燃機関 1から 排出される一酸化炭素 (C O) の量が多くなるほど増加させるとともに、 内燃機 関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量が少なくなるほど減少させるように してもよい。 2次エア供給装置 4 2が間欠的に作動させられる場合は、 E C U 2 0は、 2次 エア供給装置 4 2が単位時間当たりに噴射する 2次エアの量、 若しくは 1回当た りの作動時間を、 内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C〇) の量が多くなる ほど増加させるようにしてもよい。 また、 E C U 2 0は、 2次エア供給装置 4 2 の作動間隔を、 内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量が多くなるほ ど短縮するようにしてもよい。
2次エアの供給量が内燃機関 1から排出される一酸化炭素 (C O) の量に応じ て変更されると、 内燃機関 1から排出された一酸化炭素 (C O) が過不足なく浄 化される。 また、 2次エアの供給量が過多になることがないため、 2次エアによ つて排気浄化装置 9の昇温が妨げられることもない。
本実施例の 2次エア供給装置 4 2は、 内燃機関 1の排気ポ一ト 4内へ 2次エア を供給するように構成されているが、 排気浄化装置 9より上流の位置であれば何 れの位置に 2次エアが供給されてもよい。
但し、 2次エアが供給された時の排気の温度が高くなるほど、 排気中で酸化さ れる一酸化炭素 (C O) の量 (すなわち、 排気浄化装置 9に到達する前に酸化さ れる一酸化炭素 (C O) の量) が多くなる。
よって、 2次エア供給装置 4 2が 2次エアを供給する位置は、 可能な限り燃焼 室の近傍であることが好ましいと言える。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 火花点火式内燃機関の点火時期を M B Tより前に進角させる過進角手段と、 前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記過進角手段により点火時期が MB Τより前に進角される時に、 前記触媒よ り上流の排気に酸素を供給する酸素供給手段と、
を備える内燃機関の制御システム。
2 . 請求項 1において、 前記酸素供給手段は、 前記内燃機関の一部の気筒をリ ーン運転させることにより、 前記触媒より上流の排気に酸素を供給する内燃機関 の制御システム。
3 . 請求項 1において、 前記酸素供給手段は、 前記内燃機関を間欠的にリーン 運転させることにより、 前記触媒より上流の排気に酸素を供給する内燃機関の制 御システム。
4 . 請求項 1において、 前記触媒より上流の排気通路内へ空気を噴射する 2次 エア供給装置を更に備え、
前記酸素供給手段は、 前記 2次エア供給装置を作動させることにより、 前記触 媒より上流の排気に酸素を供給する内燃機関の制御システム。
5 . 火花点火式内燃機関の点火時期を M B Tより前に進角させる過進角手段と、 前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記過進角手段により点火時期が M B Tより前に進角される時に、 前記内燃機 関の一部の気筒をリーン運転させることにより、 前記触媒より上流の排気に酸素 を供給する酸素供給手段と、
を備える内燃機関の制御システム。
6 . 火花点火式内燃機関の点火時期を M B Tより前に進角させる過進角手段と、 前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記過進角手段により点火時期が MB Tより前に進角される時に、 前記内燃機 関を間欠的にリ一ン運転させることにより、 前記触媒より上流の排気に酸素を供 給する酸素供給手段と、
を備える内燃機関の制御システム。
7 . 火花点火式内燃機関の点火時期を M B Tより前に進角させる過進角手段と、 前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒より上流の排気通路内へ空気を供給する 2次エア供給装置と、 前記過進角手段により点火時期が M B Tより前に進角される時に、 前記 2次ェ ァ供給装置を作動させることにより、 前記触媒より上流の排気に酸素を供給する 酸素供給手段と、 を備える内燃機関の制御システム。
8 . 請求項 2又は 5において、 リーン運転される気筒の点火時期は、 M B T以 降に設定される内燃機関の制御システム。
9 . 請求項 3又は 6において、 前記内燃機関がリーン運転される時の点火時期 は、 M B T以降に設定される内燃機関の制御システム。
1 0 . 請求項 1〜9の何れか一において、 前記内燃機関から排出される一酸化 炭素 (C O) の量を取得する第 1取得手段を更に備え、 前記酸素供給手段は、 前記第 1取得手段により取得された一酸化炭素 (C O) の量が多くなるほど、 前記触媒より上流の排気中に供給する酸素量を増加させる 内燃機関の制御システム。
1 1 . 請求項 1〜 1 0の何れか一において、 前記触媒の温度を取得する第 2取 得手段を更に備え、
前記酸素供給手段は、 前記過進角手段により点火時期が MB Tより前に進角さ れる時に、 前記第 2取得手段により取得された触媒温度が所定温度未満であると、 前記触媒より上流の排気に対する酸素の供給を停止する内燃機関の制御システム。
1 2 . 請求項 1 1において、 前記所定温度は、 前記触媒が排気中の一酸化炭素 ( C O) を酸化可能な温度範囲の最低値である内燃機関の制御システム。
1 3 . 請求項 1〜1 2の何れか一において、 前記触媒における炭化水素 (H C ) の浄化率が前記触媒における一酸化炭素 (C O) の浄化率を上回ると、 前記酸 素供給手段は、 前記触媒より上流の排気に対する酸素の供給を停止する内燃機関 の制御システム。
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