JP3812538B2

JP3812538B2 - エンジンの空燃比制御方法

Info

Publication number: JP3812538B2
Application number: JP2003006593A
Authority: JP
Inventors: 豊上松; 宙大江
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: JP2004218518A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気浄化システムを備えたエンジンの空燃比制御方法に関し、より詳細には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生のためのリッチ条件を作り出すエンジンの空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の排気ガス中におけるＮＯｘの低減のために、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒の適用が考えられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、図６と図７に示すように、γ−アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の担持体３２ａに白金Ｐｔ等の触媒３２ｂと酸化バリウム（ＢａＯ₂）等のＮＯｘ吸蔵材（吸収剤）３２ｃを担持して形成され、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘの吸蔵・放出のメカニズムに従って、ＮＯｘを浄化している。
【０００３】
つまり、図６に示すように、理論空燃比よりも空気が多いリーン状態の場合には、酸素（Ｏ₂）がＰｔ３２ｂの表面に付着し、一酸化窒素（ＮＯ）は、ＮＯ＋Ｏ₂→ＮＯ₂の反応により、二酸化窒素（ＮＯ₂）になり、このＮＯ₂は、Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ吸蔵材３ｃにＮＯ₃ ^-としてＢａ（ＮＯ₃）₂等の形で吸蔵される。
【０００４】
また、図７に示すように、理論空燃比近傍のリッチ状態の場合には、Ｏ₂濃度の低下によりＮＯｘ吸蔵材３２ｃはリーン状態で吸着したＮＯｘを放出し、このＮＯｘは炭化水素（ＨＣ）等の還元剤により三元触媒と同様な反応によって窒素Ｎ₂に還元される。
【０００５】
そして、ディーゼルエンジンの通常の運転のように、リーン条件の運転状態でＮＯｘを吸蔵し続けると、ＮＯｘ吸蔵材が例えばＢａ（ＮＯ₃）₂に変化し、吸蔵能力が飽和に達してしまうので、十分なＮＯｘ浄化性能を発揮するためには、その飽和に達する前に、エンジンの運転条件を一時的にリッチ条件の運転状態に変更して排気ガス中にリッチ状態を発生させて吸蔵能力を回復する必要がある。そのため、エンジンの稼働中にエンジンの運転条件をリーン条件とリッチ条件を切り換えている。
【０００６】
しかしながら、リーン条件からリッチ条件に切り換えたとき、機関出力トルクが急激に増大し、大きなショック（トルクショック）が発生するという問題がある。そのため、このようなリーン条件からリッチ条件（リッチスパイク制御）に移行する時のトルク変動を抑制する技術が提案されている。
【０００７】
その技術の一つに、リーン側からリッチ側に空燃比を切り換えた際に、その切換前後におけるトルク変動を直接検出し、その検出値に基づいてリッチ化度合いの変更、空燃比以外の手段により機関出力トルクを変化せしめることにより、トルク変動を抑制する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３１９８６２号公報（第２頁−第３頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そして、従来技術においては、リッチ条件の発生は、通常のパイロット噴射とメイン噴射の２段階噴射に、ポスト噴射を追加することで行われることが多いが、アイドル運転のような負荷の小さい運転領域で、ポスト噴射を行うと、エンジンのトルクが必要以上に増加しトルクショックが発生するという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、エンジンの排気通路に設けたＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、トルク変動の少ないエンジンの空燃比制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明のエンジンの空燃比制御方法は、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気浄化システムを備えたエンジンの空燃比制御方法であって、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、エンジンの負荷状態を判断し、低負荷時には、吸気絞りとメイン噴射のリタードで排気ガスのリッチ条件を作り、中負荷時及び高負荷時には、ポスト噴射によって排気ガスのリッチ条件を作ることを特徴として構成される。
【００１２】
つまり、リッチ条件を作る方法をエンジンの負荷状態によって、中負荷時及び高負荷時にはポスト噴射を追加することで行い、低負荷時にはインテークスロットルを絞る吸気絞りを行うと共にメイン噴射をリタードすることで、エンジンの効率を低下させて、トルクの増加を伴わないようにして、燃料噴射量を増加することで行う。
【００１３】
この構成により、エンジンの負荷によらず、トルクを増加させることなく、確実に排気ガスのリッチ条件を作ることができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンジンの空燃比制御方法について、図面に参照しながら説明する。
【００１５】
図１にエンジンの排気浄化システムを示し、図２に空燃比制御のフローチャートを示し、また、図３〜図５に、中負荷・高負荷時のリッチ条件を作るための噴射タイミングを示す。
【００１６】
図１に示すように、このエンジンの排気浄化システム１０においては、エンジン１の吸気通路２に吸入空気量センサ（エアマスセンサ）２１と可変ノズル付きターボチャージャ（ＶＮＴ）３１のコンプレッサ３１ａとインタークーラー２２と吸気絞り（インテークスロットル）２３が設けられ、排気通路３にＶＮＴ３１のタービン３１ｂとＮＯｘ吸蔵触媒３２が設けられ、また、ＥＧＲ通路（排気循環通路）４にＥＧＲクーラー４１とＥＧＲバルブ４２が設けられている。
【００１７】
また、燃料噴射系には、燃料タンク（図示しない）から燃料Ｆをエンジンの燃焼室５４に供給するための燃料ポンプ５１とコモンレール５２と燃料噴射弁（インジェクタ）５３が設けられ、更に、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転数Ｎｅ、クランク角ＣＡ等を入力し、エンジンを制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置６０が設けられている。
【００１８】
そして、本発明のエンジンの空燃比制御方法においては、エンジン回転数Ｎｅと、アクセル角度Ａｃｃから算出される燃料噴射量Ｑによってエンジンの運転領域を判別して、排気ガスのリッチ条件を発生させるための燃料噴射方法を決定する。
【００１９】
低負荷の場合は、メイン噴射（主噴射）をリタードして燃焼効率を落として燃料噴射量を増加させてリッチ条件を作る。つまり、メイン噴射のリタードのみでは、リッチ条件を達成できないため、パイロット噴射を進角させて噴射量を増加すると共に、吸気絞り２３を絞ることで吸入空気量を減少させリッチ条件を作り易くする。
【００２０】
中負荷及び高負荷の場合は、トルクに影響を与えない程十分に遅れたクランク角でポスト噴射（後噴射）を追加してリッチ条件を作る。この場合、パイロット噴射及びメイン噴射、ＥＧＲ弁４２、ＶＮＴ３１、吸気絞り２３は、リッチ条件移行前のリーン条件と同じ制御を継続する。
【００２１】
この空燃比制御は、図２に示すような制御フローに従って行われる。この制御フローは、エンジンの制御フローと並行して実行されるフローであり、エンジンの運転開始と共に実行が開始され、エンジンの運転終了と共に、即ち、エンジンキーＯＦＦの割り込みと共に、このフローはストップされる。
【００２２】
この制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、このエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑからリーン設定時間マップを参照してリーン設定時間ｔlsを算出する。
【００２３】
そして、ステップＳ１２で、通常のリーン条件の運転制御を行うために、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、このエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑからベース・パイロット噴射量マップ、ベース・パイロット噴射タイミングマップ、ベース・メイン噴射タイミングマップをそれぞれ参照して、パイロット噴射タイミングＴpb、パイロット噴射量Ｑpb、メイン噴射タイミングＴmbを算出し、この算出量を出力して、この算出量に基づいて燃料噴射する。
【００２４】
このリーン条件の運転状態では、図３に例示するようなタイミングでパイロット噴射とメイン噴射がなされ、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が例えば４０程度で、図６に示すような浄化メカニズムで、Ｏ₂がＰｔ３２ｂの表面に付着し、ＮＯは、ＮＯ＋Ｏ₂→ＮＯ₂の反応により、ＮＯ₂になり、このＮＯ₂は、Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ吸蔵材３２ｃにＮＯ₃ ^-としてＢａ（ＮＯ₃）₂等の形で吸蔵され、排気ガスＧは浄化され、浄化された排気ガスＧｃとして大気中に排出される。
【００２５】
次のステップＳ１３で、リーン条件制御が終了したか否かの判定、即ち、リーン条件で運転しているリーン積算時間ｔl がリーン設定時間ｔlsを超えたか否かの判定を行い、リーン条件制御が終了するまで、ステップＳ１２を繰り返し実行する。
【００２６】
ステップＳ１３の判定で、リーン積算時間ｔl がリーン設定時間ｔlsを超えてリーン条件制御が終了したと判定された場合は、ステップＳ１４で、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、このエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑからリッチ設定時間マップを参照してリッチ設定時間ｔrsを算出する。
【００２７】
次に、ステップＳ１５で、エンジンの運転状態が低負荷領域であるか否かを判定する。この判定は、運転領域判別マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑに対応する部分が低負荷領域であるか、中負荷領域又は高負荷領域であるか否かで判定する。
【００２８】
ステップＳ１５の判定で、エンジンの運転状態が低負荷領域であると判定された時は、ステップＳ１６で、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、このエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑから吸気絞りの弁開度量マップ、リッチ・パイロット噴射タイミングマップ、リッチ・パイロット噴射量マップ、リッチ・メイン噴射タイミングマップをそれぞれ参照して、リッチ制御運転用の吸気絞りの開度Ｔh 、パイロット噴射タイミングＴpr、パイロット噴射量Ｑpr、メイン噴射タイミングＴmrを算出し出力して、この算出量で吸気量の調整及び燃料噴射する。
【００２９】
この低負荷時におけるリッチ条件の運転状態では、図４に例示するようなタイミングでパイロット噴射とメイン噴射と吸気絞りがなされ、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が例えば１４．３程度で、図７に示すような浄化メカニズムで、Ｏ₂濃度の低下によりＮＯｘ吸蔵材３２ｃはリーン状態で吸着したＮＯｘを放出し、このＮＯｘはＨＣ等の還元剤により三元触媒と同様な反応によって窒素Ｎ₂に還元される。そして、排気ガスＧは浄化された排気ガスＧｃになり大気中に排出される。
【００３０】
次のステップＳ１７では、リッチ条件制御が終了したか否かの判定、即ち、リッチ条件で運転しているリッチ積算時間ｔr がリッチ設定時間ｔrsを超えたか否かの判定を行い、リッチ条件制御が終了するまで、ステップＳ１６を繰り返し実行し、ステップＳ１７の判定で、リッチ条件制御が終了したと判定された時は、ステップＳ１１に行く。
【００３１】
また、ステップＳ１５の判定で、エンジンの運転状態が低負荷領域でない、即ち、中負荷又は高負荷であると判定された時は、ステップＳ１８で、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、このエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑからベース・パイロット噴射タイミングマップ、ベース・パイロット噴射量マップ、ベース・メイン噴射タイミングマップ、ポスト噴射タイミングマップ、ポスト噴射量マップをそれぞれ参照して、リッチ制御運転用の、パイロット噴射タイミングＴpb、パイロット噴射量Ｑpb、メイン噴射タイミングＴmb、ポスト噴射タイミングＴpos 、ポスト噴射量Ｑpos を算出して出力し、この算出量で燃料噴射する。
【００３２】
この中負荷時及び高負荷時におけるリッチ条件の運転状態では、図５に例示するようなタイミングでパイロット噴射とメイン噴射とポスト噴射（後噴射）がなされ、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が例えば１４．３程度で、図７に示すような浄化メカニズムで、Ｏ₂濃度の低下によりＮＯｘ吸蔵材３２ｃはリーン状態で吸着したＮＯｘを放出し、このＮＯｘはＨＣ等の還元剤により三元触媒と同様な反応によって窒素Ｎ₂に還元される。そして、排気ガスＧは浄化された排気ガスＧｃになり大気中に排出される。
【００３３】
次のステップＳ１９では、リッチ条件制御が終了したか否かの判定、即ち、リッチ条件で運転しているリッチ積算時間ｔr がリッチ設定時間ｔrsを超えたか否かの判定を行い、リッチ条件制御が終了するまで、ステップＳ１８を繰り返し実行し、ステップＳ１９の判定で、リッチ条件制御が終了したと判定された時は、ステップＳ１１に行く。
【００３４】
このステップＳ１１〜ステップＳ１９を繰り返し実行し、この実行際中にステップＳ２０のエンジンキーＯＦＦによる割り込みが生じると、ステップＳ２１で制御終了作業をしてから、例えば、リーン条件制御やリッチ条件制御の途中でストップする場合に、次回にこの制御フローがスタートする時に、積算時間ｔl ，ｔr の初期値をストップ時の値とすることができるように、リーン積算時間ｔl やリッチ積算時間ｔr を記憶してからストップする。
【００３５】
このエンジンの空燃比制御方法により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を再生するために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、エンジンの負荷状態を判断し、低負荷時には、吸気絞りとメイン噴射のリタードで排気ガスのリッチ条件を作り、中負荷時及び高負荷時には、ポスト噴射によって排気ガスのリッチ条件を作ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のエンジンの空燃比制御方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、エンジンの負荷状態を判断し、低負荷時には、吸気絞りとメイン噴射のリタードで排気ガスのリッチ条件を作り、中負荷時及び高負荷時には、ポスト噴射によって排気ガスのリッチ条件を作るように構成したので、エンジンの負荷によらず、トルクを増加させることなく、確実に排気ガスのリッチ条件を作ることができ、リーン条件からリッチ条件に移行する際のトルクショックを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気浄化システムを備えたエンジンのシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御フローを示す図である。
【図３】リーン条件におけるパイロット噴射とメイン噴射のタイミングと噴射量を例示する図である。
【図４】エンジンの運転が低負荷領域にある場合のリッチ条件におけるパイロット噴射とメイン噴射とポスト噴射のタイミングと噴射量を例示する図である。
【図５】エンジンの運転が中負荷又は高負荷領域にある場合のリッチ条件におけるパイロット噴射とメイン噴射とポスト噴射のタイミングと噴射量を例示する図である。
【図６】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵のメカニズムを示す図である。
【図７】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘの放出のメカニズムを示す図である。
【符号の説明】
１エンジン（内燃機関）
２排気通路
３吸気通路
４ＥＧＲ通路
２３吸気絞り（インテークスロットル）
３２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４２ＥＧＲバルブ
５３燃料噴射弁（インジェクタ）
６０制御装置（ＥＣＵ）

Claims

エンジンの排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気浄化システムを備えたエンジンの空燃比制御方法であって、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、エンジンの負荷状態を判断し、低負荷時には、吸気絞りとメイン噴射のリタードで排気ガスのリッチ条件を作り、中負荷時及び高負荷時には、ポスト噴射によって排気ガスのリッチ条件を作ることを特徴とするエンジンの空燃比制御方法。