JP2010048131A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関の制御装置(空燃比制御装置)に関する。 The present invention relates to a control device (air-fuel ratio control device) for an internal combustion engine provided with a particulate collection filter and a three-way catalyst in an exhaust passage.
従来より、ディーゼル機関から排出される微粒子(パティキュレート・マター(PM)、即ち、SOF及びSoot等のナノ微粒子)を、排気通路に配設した微粒子捕集フィルタ(パティキュレート・フィルタ)により捕集するとともに、所定の条件が成立したときに微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させることにより微粒子捕集フィルタを再生させる内燃機関の制御装置が知られている。このような従来の制御装置の一つは、微粒子捕集フィルタの上流側空燃比と下流側空燃比とを検出し、それらの検出された空燃比により微粒子捕集フィルタが再生されている最中であるか否か(捕集された微粒子が燃焼している状態にあるか否か)を判定し、その判定結果に基づいてエンジンの運転モードを切り換えるようになっている(例えば、特許文献1を参照。)。
ところで、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させるためには、微粒子捕集フィルタが高温であること、及び、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されること、が必要である。上記従来の制御装置は、供給される混合気の空燃比が非常にリーン(希薄)であるディーゼル機関に適用される。従って、微粒子捕集フィルタには微粒子を燃焼させるための酸素が十分に供給されている。そこで、上記従来の制御装置は、燃料噴射時期の遅角、燃料噴射量の増大及び吸気絞り弁による吸気量の減少等を実行することによって微粒子捕集フィルタの温度を上昇させ、以って、捕集した微粒子を燃焼させている。 By the way, in order to burn the particulates collected by the particulate collection filter, it is necessary that the particulate collection filter is at a high temperature and that oxygen is supplied to the particulate collection filter. The conventional control device is applied to a diesel engine in which the air-fuel ratio of the supplied air-fuel mixture is very lean. Accordingly, the particulate collection filter is sufficiently supplied with oxygen for burning the particulates. Therefore, the conventional control device raises the temperature of the particulate collection filter by executing the delay of the fuel injection timing, the increase of the fuel injection amount, the decrease of the intake amount by the intake throttle valve, etc. The collected fine particles are burned.
一方、近年においては、ガソリン機関から排出される微粒子の量を低減するため、ガソリン機関の排気通路にも微粒子捕集フィルタを配設することが検討されている。他方、一般のガソリン機関においては、未燃物(HC及びCO等)の大気中への排出量及び窒素酸化物(NOx)の大気中への排出量を低減することを目的として排気通路に三元触媒が備えられ、機関に供給される混合気の空燃比(以下、「機関の空燃比」とも称呼する。)が理論空燃比近傍の空燃比となるように燃料量が制御されている。 On the other hand, in recent years, in order to reduce the amount of fine particles discharged from a gasoline engine, it has been studied to arrange a fine particle collecting filter in an exhaust passage of the gasoline engine. On the other hand, in general gasoline engines, there are three exhaust passages in the exhaust passage for the purpose of reducing the amount of unburned substances (HC, CO, etc.) emitted into the atmosphere and the amount of nitrogen oxides (NOx) emitted into the atmosphere. An original catalyst is provided, and the amount of fuel is controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine (hereinafter also referred to as “engine air-fuel ratio”) becomes an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
前述したように、微粒子捕集フィルタを再生させる(微粒子を燃焼させる)ためには、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されなければならない。ところが、機関の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に制御されていると、微粒子捕集フィルタに酸素が殆ど供給されない。 As described above, in order to regenerate the particulate collection filter (burn the particulates), oxygen must be supplied to the particulate collection filter. However, when the air-fuel ratio of the engine is controlled to be close to the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen is hardly supplied to the particulate collection filter.
特に、微粒子捕集フィルタの上流に三元触媒(第1三元触媒)が備えられている場合、第1三元触媒により酸素が消費及び吸蔵されるから、微粒子捕集フィルタに流入する酸素量は極めて少なくなる。従って、このようなガソリン機関において微粒子捕集フィルタを再生させるためには、機関の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比(以下、「強制リーン空燃比」とも称呼する。)に制御することにより、微粒子捕集フィルタに酸素を供給しなければならない。 In particular, when a three-way catalyst (first three-way catalyst) is provided upstream of the particulate collection filter, oxygen is consumed and stored by the first three-way catalyst, so the amount of oxygen flowing into the particulate collection filter Is extremely low. Therefore, in order to regenerate the particulate collection filter in such a gasoline engine, the air-fuel ratio of the engine is controlled to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter also referred to as “forced lean air-fuel ratio”). By doing so, oxygen must be supplied to the particulate collection filter.
ところが、機関の空燃比を三元触媒の状態に関わらず強制リーン空燃比に設定し続けると、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときに機関から多く排出される窒素酸化物を三元触媒によって浄化できない場合(例えば、三元触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に到達して窒素酸化物を還元できない場合等)が生じ、窒素酸化物が大気中へ多く排出されてしまうという問題が発生する。 However, if the air-fuel ratio of the engine is continuously set to the forced lean air-fuel ratio regardless of the state of the three-way catalyst, the nitrogen discharged from the engine is large when the air-fuel ratio of the engine is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Oxides cannot be purified by a three-way catalyst (for example, when the oxygen storage amount of a three-way catalyst reaches the maximum oxygen storage amount and nitrogen oxides cannot be reduced), and a large amount of nitrogen oxides are discharged into the atmosphere The problem of being done occurs.
そこで、微粒子捕集フィルタの下流に配設された下流側空燃比センサの出力を監視し、その下流側空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応した出力となったとき、一時的に機関の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比(強制リッチ空燃比)に設定し、その後、下流側空燃比センサの出力が理論空燃比よりもリッチな空燃比に対応した出力となったとき、機関の空燃比を再び強制リーン空燃比に設定する「フィルタ再生制御」を行うことが有効であると考えられる。このような空燃比制御は、本明細書において「アクティブ空燃比制御」とも称呼される。 Therefore, when the output of the downstream air-fuel ratio sensor disposed downstream of the particulate collection filter is monitored, and the output of the downstream air-fuel ratio sensor becomes an output corresponding to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the engine is temporarily set to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio (forced rich air-fuel ratio), and then the output of the downstream air-fuel ratio sensor corresponds to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It is considered effective to perform “filter regeneration control” that sets the air-fuel ratio of the engine to the forced lean air-fuel ratio again when the output is obtained. Such air-fuel ratio control is also referred to as “active air-fuel ratio control” in this specification.
しかしながら、微粒子捕集フィルタを再生するために機関の空燃比を強制リーン空燃比に設定した際、微粒子捕集フィルタ内には微粒子が存在しているにも拘らず、微粒子捕集フィルタに流入した酸素が微粒子捕集フィルタ内において消費されずに微粒子捕集フィルタから漏洩する場合がある。この場合、機関の空燃比は直ちに強制リッチ空燃比に変更される。従って、一時に多量の酸素を微粒子捕集フィルタに流入させられないから、微粒子捕集フィルタの再生が十分に行われないか、又は、「エミッションの観点からは最適であるとは言えないアクティブ空燃比制御」を行っている期間が長くなるという問題が生じる。 However, when the air-fuel ratio of the engine was set to the forced lean air-fuel ratio in order to regenerate the particulate collection filter, it flowed into the particulate collection filter even though particulates were present in the particulate collection filter. Oxygen may leak from the particulate collection filter without being consumed in the particulate collection filter. In this case, the air-fuel ratio of the engine is immediately changed to a forced rich air-fuel ratio. Therefore, since a large amount of oxygen cannot be allowed to flow into the particulate collection filter at a time, the particulate collection filter cannot be sufficiently regenerated, or “the active space that is not optimal from the viewpoint of emissions”. There arises a problem that the period during which "fuel ratio control" is performed becomes longer.
従って、本発明の目的は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関(ガソリン機関)の制御装置であって、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを効率的に再生させる(微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を効率的に燃焼させる)ことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is a control device for an internal combustion engine (gasoline engine) provided with a particulate collection filter and a three-way catalyst in an exhaust passage, and the particulate collection is performed without increasing the amount of nitrogen oxide emission. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can efficiently regenerate a filter (efficiently combusting particulates collected by a particulate collection filter).
上記目的を達成するための本発明による制御装置は、フィルタ収容触媒装置と、下流側空燃比センサと、フィルタ再生要求発生判定手段と、フィルタ再生手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a control device according to the present invention includes a filter-accommodating catalyst device, a downstream air-fuel ratio sensor, a filter regeneration request generation determination unit, and a filter regeneration unit.
前記フィルタ収容触媒装置は、前記内燃機関の排気通路に配設される。フィルタ収容触媒装置は、排ガスの上流側から下流側に向かう順に配列された「第1三元触媒、微粒子捕集フィルタ及び第2三元触媒」を備える。第1三元触媒、微粒子捕集フィルタ及び第2三元触媒は、一つのケーシング(筐体)内に収容されている。ここで、「排ガスの上流側から下流側に向かう順」とは、「排気通路内の排ガスの流れの上流側から下流側に向かって順番に」の意味である。 The filter housing catalyst device is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine. The filter-containing catalyst device includes a “first three-way catalyst, a particulate collection filter, and a second three-way catalyst” arranged in order from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas. The first three-way catalyst, the particulate collection filter, and the second three-way catalyst are accommodated in one casing (housing). Here, “the order from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas” means “in order from the upstream side to the downstream side of the flow of the exhaust gas in the exhaust passage”.
前記下流側空燃比センサは、前記排気通路であって前記フィルタ収容触媒装置よりも下流側に配設されている。従って、下流側空燃比センサは、「第2三元触媒から流出した排ガスであって下流側空燃比センサが配設された位置に到達する排ガス」の空燃比に応じた値を出力する。 The downstream air-fuel ratio sensor is disposed in the exhaust passage and downstream of the filter-accommodating catalyst device. Accordingly, the downstream air-fuel ratio sensor outputs a value corresponding to the air-fuel ratio of “exhaust gas flowing out from the second three-way catalyst and reaching the position where the downstream air-fuel ratio sensor is disposed”.
前記フィルタ再生要求発生判定手段は、フィルタ再生要求が発生したか否かを判定する。フィルタ再生要求は、「微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を、その微粒子捕集フィルタ内において燃焼させる」ことにより、「その微粒子捕集フィルタを再生させる要求」である。フィルタ再生要求は、例えば、前回のフィルタ再生制御の終了後からの吸入空気流量の積算値が閾値以上となったとき発生する。 The filter regeneration request occurrence determination unit determines whether a filter regeneration request has occurred. The filter regeneration request is “a request to regenerate the particulate collection filter” by burning the particulates collected by the particulate collection filter in the particulate collection filter. The filter regeneration request is generated, for example, when the integrated value of the intake air flow rate after the end of the previous filter regeneration control is equal to or greater than a threshold value.
前記フィルタ再生手段は、前記フィルタ再生要求が発生したと判定された場合、アクティブ空燃比制御(フィルタ再生制御)を所定期間実行する。
アクティブ空燃比制御は、
(1)前記機関に供給される混合気の空燃比を「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である強制リッチ空燃比」及び「理論空燃比よりもリーン側の空燃比である強制リーン空燃比」のうちの何れか一方の「第1空燃比」に設定し、
(2)前記下流側空燃比センサの出力が、「同強制リッチ空燃比及び同強制リーン空燃比のうちの何れか他方」の「第2空燃比」に応じた値から「同第1空燃比」に応じた値に変化したとき、同機関に供給される混合気の空燃比を「同第2空燃比」に設定し、
(3)その後、前記下流側空燃比センサの出力が、「同第1空燃比に応じた値」から「同第2空燃比に応じた値」に変化したとき、同機関に供給される混合気の空燃比を「同第1空燃比」に設定する、
空燃比制御である。
When it is determined that the filter regeneration request has occurred, the filter regeneration means performs active air-fuel ratio control (filter regeneration control) for a predetermined period.
Active air-fuel ratio control
(1) The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is “a forced rich air-fuel ratio that is an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio” and “forced lean air-fuel that is an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Set to “first air-fuel ratio” of any one of “fuel ratio”,
(2) The output of the downstream air-fuel ratio sensor is changed from a value corresponding to the “second air-fuel ratio” of “the other of the same forced rich air-fuel ratio and the same forced lean air-fuel ratio” to “the first air-fuel ratio” When the air / fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is set to the same second air / fuel ratio,
(3) After that, when the output of the downstream air-fuel ratio sensor changes from “a value corresponding to the first air-fuel ratio” to “a value corresponding to the second air-fuel ratio”, the mixing supplied to the engine The air-fuel ratio of the air is set to “the same first air-fuel ratio”;
Air-fuel ratio control.
これによれば、第2三元触媒が微粒子捕集フィルタの下流に配設されている。従って、機関の空燃比が強制リーン空燃比に設定されている場合において、微粒子捕集フィルタに流入した酸素が微粒子捕集フィルタにて完全に消費されることなくその下流に漏洩したとしても、その酸素は第2三元触媒により消費又は貯蔵される。従って、下流側空燃比センサの出力が強制リーン空燃比に応じた値に変化するまでの時間が遅れる。この結果、機関の空燃比が「強制リーン空燃比に設定されている時間」が長くなるので、微粒子捕集フィルタに十分な量の酸素を流入させることができる。従って、微粒子捕集フィルタを効率よく再生させることができる。 According to this, the second three-way catalyst is disposed downstream of the particulate collection filter. Accordingly, when the air-fuel ratio of the engine is set to the forced lean air-fuel ratio, even if the oxygen flowing into the particulate collection filter leaks downstream without being completely consumed by the particulate collection filter, Oxygen is consumed or stored by the second three-way catalyst. Therefore, the time until the output of the downstream air-fuel ratio sensor changes to a value corresponding to the forced lean air-fuel ratio is delayed. As a result, since the “air-fuel ratio for which the engine air-fuel ratio is set to the forced lean air-fuel ratio” becomes longer, a sufficient amount of oxygen can flow into the particulate collection filter. Therefore, the particulate collection filter can be efficiently regenerated.
更に、第1三元触媒が微粒子捕集フィルタの上流に配設されている。従って、第1三元触媒は機関の冷間始動後において早期に暖機され活性化する。この結果、機関の冷間始動後におけるエミッションを良好にすることができる。 Furthermore, the first three-way catalyst is disposed upstream of the particulate collection filter. Therefore, the first three-way catalyst is warmed up early and activated after the engine is cold started. As a result, the emission after the cold start of the engine can be improved.
ところで、前記微粒子捕集フィルタとして、ウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタが採用され得る。ウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタは、微粒子捕集フィルタに流入する排ガスの流れの方向に沿うように伸びる通路を複数形成する壁部を備える。壁部は例えば多孔質の薄板からなり、排ガスが通過(透過)し得るように構成されている。この複数の通路のうちの幾つかは、その最上流端において閉鎖(目封じ)されている。更に、その複数の通路のうちの最上流端において閉鎖されていない残りの通路は、最下流端において閉鎖(目封じ)されている。排ガスは最上流端において閉鎖されていない通路に流入し、壁部を通過し、その後、最下流端において閉鎖されていない通路から流出する。排ガス中の微粒子は、排ガスが壁部を通過する際に捕集される。 By the way, a wall flow type particulate collection filter may be employed as the particulate collection filter. The wall flow type particulate collection filter includes a wall portion that forms a plurality of passages extending along the flow direction of the exhaust gas flowing into the particulate collection filter. The wall portion is made of, for example, a porous thin plate, and is configured so that the exhaust gas can pass (permeate). Some of the plurality of passages are closed (sealed) at the most upstream end. Further, the remaining passages that are not closed at the most upstream end among the plurality of passages are closed (sealed) at the most downstream end. The exhaust gas flows into the passage that is not closed at the most upstream end, passes through the wall, and then flows out from the passage that is not closed at the most downstream end. Fine particles in the exhaust gas are collected when the exhaust gas passes through the wall.
このように、前記微粒子捕集フィルタとして「ウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタ」が採用された場合、前記フィルタ収容触媒装置は、前記第1三元触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間に第1空間を備えるとともに、前記微粒子捕集フィルタと前記第2三元触媒との間に第2空間を備えるように形成されることが好ましい。 As described above, when a “wall flow type particulate collection filter” is employed as the particulate collection filter, the filter-containing catalyst device is provided between the first three-way catalyst and the particulate collection filter. It is preferable that the first space is provided and the second space is provided between the particulate collection filter and the second three-way catalyst.
これにより、第1三元触媒から流出した排ガスは第1空間へと一旦流出し、その後、第1空間から「微粒子捕集フィルタの複数の通路のうち最上流端において閉鎖されていない通路」へと効率よく流入する。更に、「微粒子捕集フィルタの複数の通路のうち最下流端において閉鎖されていない通路」から流出した排ガスは第2空間へと一旦流出し、その後、第2空間から第2三元触媒へと効率よく流入する。従って、微粒子捕集フィルタ及び第2三元触媒に効率よく且つ満遍なく(均一)に排ガスを流入させることができる。 As a result, the exhaust gas flowing out from the first three-way catalyst once flows out into the first space, and then from the first space to the “passage that is not closed at the most upstream end among the plurality of passages of the particulate collection filter”. And flows efficiently. Further, the exhaust gas flowing out from the “passage that is not closed at the most downstream end among the plurality of passages of the particulate collection filter” once flows out into the second space, and then from the second space to the second three-way catalyst. Inflow efficiently. Accordingly, the exhaust gas can be efficiently and evenly (uniformly) flowed into the particulate collection filter and the second three-way catalyst.
本発明の制御装置が用いるフィルタ収容触媒装置において、前記第1三元触媒のパラジウムの担持率は、前記第2三元触媒のパラジウムの担持率よりも大きいことが好適である。 In the filter housing catalyst device used by the control device of the present invention, it is preferable that the palladium loading rate of the first three-way catalyst is larger than the palladium loading rate of the second three-way catalyst.
未燃物(HC及びCO等)を酸化するために触媒に担持される貴金属の代表例は、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)である。白金は、パラジウムに比べ、高温であり且つ理論空燃比よりもリーンな空燃比のガスが流入したとき(以下、「高温・リーンガス雰囲気」とも言う)、シンタリングによって劣化し易い。一方、白金は、パラジウムに比べ、高温であり且つ理論空燃比よりもリッチでありリッチの程度が大きい強リッチ空燃比のガスが流入したとき、劣化し難い。 Typical examples of noble metals supported on the catalyst to oxidize unburned substances (HC, CO, etc.) are platinum (Pt) and palladium (Pd). Platinum is easily deteriorated by sintering when a gas having an air-fuel ratio that is higher than lean and is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio flows (hereinafter also referred to as “high temperature / lean gas atmosphere”). On the other hand, platinum is unlikely to deteriorate when a strong rich air-fuel ratio gas flows at a higher temperature and is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and has a higher degree of richness than palladium.
他方、フィルタ再生制御(アクティブ空燃比制御)においては、排ガスの空燃比は比較的リーンの程度が小さい強制リーン空燃比と、比較的リッチの程度が小さい強制リッチ空燃比と、に変化する。従って、「高温の排ガスが最初に流入することによって高温になり易い第1三元触媒」が白金を多く担持していると、機関の空燃比が強制リーン空燃比に設定されたとき、第1三元触媒は「高温・リーンガス雰囲気」に曝されるから、容易に劣化する。そこで、上記構成のように、第1三元触媒は、第2三元触媒よりも、パラジウムの担持率が大きくなるように構成されていることが好ましい。この結果、第1三元触媒のフィルタ再生制御中における劣化の進行を抑制することができる。 On the other hand, in the filter regeneration control (active air-fuel ratio control), the air-fuel ratio of the exhaust gas changes into a forced lean air-fuel ratio with a relatively small degree of lean and a forced rich air-fuel ratio with a relatively small degree of richness. Therefore, if the “first three-way catalyst that tends to become high temperature when high-temperature exhaust gas first flows” carries a large amount of platinum, when the engine air-fuel ratio is set to the forced lean air-fuel ratio, the first The three-way catalyst is easily deteriorated because it is exposed to a “high temperature / lean gas atmosphere”. Therefore, as described above, the first three-way catalyst is preferably configured to have a higher palladium loading rate than the second three-way catalyst. As a result, it is possible to suppress the progress of deterioration during the filter regeneration control of the first three-way catalyst.
更に、本発明の制御装置が用いるフィルタ収容触媒装置において、第1三元触媒及び第2三元触媒の活性化程度(温度)が同じであったとしても、前記第2三元触媒は第1三元触媒よりも最大酸素吸蔵量が大きくなる(酸素吸蔵能力が大きい)ように構成されていることが好適である。 Furthermore, in the filter containing catalyst device used by the control device of the present invention, even if the activation degree (temperature) of the first three-way catalyst and the second three-way catalyst is the same, the second three-way catalyst is the first one. It is preferable that the maximum oxygen storage amount is larger than that of the three-way catalyst (the oxygen storage capacity is large).
これによれば、第1三元触媒の最大酸素吸蔵量が小さいので、機関の空燃比が強制リーン空燃比に切り換えてから短時間のうちに微粒子捕集フィルタに酸素が供給され始める。従って、微粒子捕集フィルタの再生開始時期が早くなる。更に、第2三元触媒の最大酸素吸蔵量が大きいので、機関の空燃比が強制リーン空燃比に切り換えられてから第2三元触媒の下流に酸素が流出するまでの時間が長くなる。 According to this, since the maximum oxygen storage amount of the first three-way catalyst is small, oxygen starts to be supplied to the particulate collection filter within a short time after the air-fuel ratio of the engine is switched to the forced lean air-fuel ratio. Therefore, the regeneration start time of the particulate collection filter is advanced. Further, since the maximum oxygen storage amount of the second three-way catalyst is large, the time from when the air-fuel ratio of the engine is switched to the forced lean air-fuel ratio until oxygen flows out downstream of the second three-way catalyst becomes longer.
即ち、「機関の空燃比を強制リーン空燃比に設定した時点」から「下流側空燃比センサが強制リッチ空燃比に応じた値から強制リーン空燃比に応じた値に変化するまでの時間」が長くなる。従って、機関の空燃比を強制リーン空燃比に設定している時間が長くなるから、微粒子捕集フィルタに多量の酸素を流入させることができる。その結果、微粒子捕集フィルタを効率よく再生することができる。 That is, the time from “when the air-fuel ratio of the engine is set to the forced lean air-fuel ratio” to “the time from when the downstream air-fuel ratio sensor changes from the value corresponding to the forced rich air-fuel ratio to the value corresponding to the forced lean air-fuel ratio” is become longer. Accordingly, since the time during which the air-fuel ratio of the engine is set to the forced lean air-fuel ratio becomes longer, a large amount of oxygen can be allowed to flow into the particulate collection filter. As a result, the particulate collection filter can be efficiently regenerated.
加えて、本発明の制御装置が用いるフィルタ収容触媒装置において、前記第2三元触媒は、上流側の部分が下流側の部分よりもパラジウムの担持率が大きくなるように形成されたゾーンコート三元触媒であることが好適である。 In addition, in the filter-containing catalyst device used by the control device of the present invention, the second three-way catalyst has a zone coat three formed such that the upstream portion has a higher palladium loading ratio than the downstream portion. It is preferable that it is a raw catalyst.
前述したように、パラジウムは「高温・リーンガス雰囲気」に対して白金よりも劣化し難い。また、第2三元触媒において、その上流側の部分は下流側の部分よりも高温になる。更に、前述したように、フィルタ再生制御において、排ガスの空燃比は比較的リーンの程度が小さい強制リーン空燃比と、比較的リッチの程度が小さい強制リッチ空燃比と、に変化する。従って、高温になり易い第2三元触媒の上流側の部分が白金を多く担持していると、機関の空燃比が強制リーン空燃比に設定された際、その上流側の部分が劣化する可能性が高まる。そこで、上記構成のように、第2三元触媒としてゾーンコート触媒を採用し、且つ、第2三元触媒の上流側の部分のパラジウム担持率を下流側の部分のパラジウム担持率よりも大きくする。これにより、フィルタ再生制御中における第2三元触媒の劣化(上流側の部分の劣化)の進行を抑制することができる。 As described above, palladium is less susceptible to deterioration than platinum in a “high temperature / lean gas atmosphere”. In addition, in the second three-way catalyst, the upstream portion has a higher temperature than the downstream portion. Further, as described above, in the filter regeneration control, the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to a forced lean air-fuel ratio with a relatively small degree of lean and a forced rich air-fuel ratio with a relatively small degree of richness. Therefore, if the upstream part of the second three-way catalyst, which tends to be high in temperature, carries a large amount of platinum, when the engine air-fuel ratio is set to the forced lean air-fuel ratio, the upstream part may deteriorate. Increases nature. Therefore, as in the above configuration, a zone coat catalyst is employed as the second three-way catalyst, and the palladium loading rate of the upstream portion of the second three-way catalyst is made larger than the palladium loading rate of the downstream portion. . Thereby, the progress of the deterioration of the second three-way catalyst (deterioration of the upstream portion) during the filter regeneration control can be suppressed.
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)を内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。機関10は、火花点火式・多気筒(本例では4気筒)・ガソリン燃料機関である。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which a control device according to the first embodiment (hereinafter also referred to as “first control device”) is applied to an
機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排気ガスを外部に放出するための排気系統50と、を含んでいる。
The
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21とピストン22の上面は、シリンダヘッド部30とともに燃焼室25を形成している。
The
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともにインテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置33、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料を吸気ポート31内に噴射する燃料噴射弁39を備えている。燃料噴射手段としての燃料噴射弁39は、噴射指示信号に応答して同噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を噴射するようになっている。
The
吸気系統40は、インテークマニホールド41、吸気管(吸気ダクト)42、エアフィルタ43、スロットル弁44及びスロットル弁アクチュエータ44aを備えている。
The
インテークマニホールド41は、各気筒の燃焼室25の吸気ポート31に接続されている。より詳細には、図2に示したように、インテークマニホールド41は各吸気ポートに接続された複数の枝部41aと、それらの枝部41aが集合したサージタンク部41bと、を備えている。図1及び図2に示したように、吸気管42はサージタンク部41bに接続されている。インテークマニホールド41及び吸気管42は吸気通路を構成している。図1に示したエアフィルタ43は吸気管42の端部に設けられている。スロットル弁44は吸気管42に回動可能設けられ、回動することにより吸気管42が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ(スロットル弁駆動手段)44aは、DCモータからなり、指示信号に応答してスロットル弁44を回転駆動するようになっている。
The
排気系統50は、エキゾーストマニホールド51、排気管(エキゾーストパイプ)52、第1三元触媒53と微粒子捕集フィルタ54と第2三元触媒55とを含むフィルタ収容触媒装置CwF、及び、第3三元触媒56を備えている。
The
エキゾーストマニホールド51は、図1に示したように、各気筒の燃焼室25の排気ポート34に接続されている。より詳細には、図2に示したように、エキゾーストマニホールド51は各排気ポートに接続された複数の枝部51aと、それらの枝部51aが集合した集合部51bと、を備えている。排気管52は、エキゾーストマニホールド51の集合部51bに接続されている。エキゾーストマニホールド51及び排気管52は排気経路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド51の集合部51bと排気管52とが形成する「排ガスを通過させるための経路」を、便宜上「排気通路」と称呼する。
As shown in FIG. 1, the
前述したように、フィルタ収容触媒装置CwFは、第1三元触媒53と微粒子捕集フィルタ54と第2三元触媒55とを含んでいる。フィルタ収容触媒装置CwFは、一つのケーシング(筐体、ケース)C内にこれらを収容している。フィルタ収容触媒装置CwFは排気通路(排気管52)に配設される。即ち、フィルタ収容触媒装置CwFは集合部51bよりも下流側に配設される。フィルタ収容触媒装置CwFが排気通路に配設されたとき、第1三元触媒53は最も上流側に位置し、微粒子捕集フィルタ54は第1三元触媒53の下流側に位置し、第2三元触媒55は微粒子捕集フィルタ54の下流側に位置するようになっている。
As described above, the filter-containing catalyst device CwF includes the first three-
第1三元触媒53は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属(パラジウムPd及び白金Pt、ロジウムRd)」及び「セリア(CeO2)」を担持している。これらの物質により、第1三元触媒53は、触媒機能と、酸素吸蔵・放出機能(単に「酸素吸蔵機能」又は「O2ストレージ機能」とも称呼する。)と、を有する。第1三元触媒53は、フロントスタートキャタリティックコンバータ(FrSC)とも称呼される。
The first three-
微粒子捕集フィルタ54は多孔質セラミック(例えば、コージェライト等)からなる周知の微粒子フィルタである。微粒子捕集フィルタ54は、機関10から排出される微粒子を捕集するようになっている。微粒子捕集フィルタ54はパティキュレート・マター・フィルタ(PMF)とも称呼される(例えば、特開2005−83346号公報を参照。)。
The
第2三元触媒55は、第1三元触媒53と同様、セラミックからなる担持体に貴金属(触媒物質)及びセリアを担持していて、触媒機能及び酸素吸蔵機能を有する三元触媒である。第2三元触媒55は、リアスタートキャタリティックコンバータ(RrSC)とも称呼される。
Similar to the first three-
第3三元触媒56は、フィルタ収容触媒装置CwFよりも下流の位置において排気通路(排気管52)に配設(介装)されている。第3三元触媒56は、第1三元触媒53と同様、セラミックからなる担持体に貴金属(触媒物質)及びセリアを担持していて、触媒機能及び酸素吸蔵機能を有する三元触媒である。第3三元触媒56は、機関10が搭載された車両のフロア下方に配設されているため、アンダフロア・キャタリティック・コンバータ(UFC)とも称呼される。
The third three-
第1三元触媒53、第2三元触媒55及び第3三元触媒56等の三元触媒は、三元触媒に流入するガスの空燃比が所謂「ウインドウW」(理論空燃比を含む所定の空燃比範囲)内にあるとき、未燃物(HC,CO等)を酸化するとともに窒素酸化物(NOx)を還元する。これにより、三元触媒は、これらの有害成分を高い効率で浄化する特性(触媒機能)を有する。
The three-way catalyst such as the first three-
また、三元触媒は、酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、HC、CO及びNOxを浄化することができる。即ち、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となって三元触媒に流入するガスに過剰の酸素及びNOxが含まれると、触媒はそれらの酸素を奪い(NOxを還元し)、その奪った酸素を吸蔵する。更に、機関の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比になって三元触媒に流入するガスにHC,CO等の未燃物(還元成分)が多量に含まれると、三元触媒は吸蔵している酸素をこれらの未燃物に対して与え、これらの成分を酸化する。 Further, the three-way catalyst can purify HC, CO and NOx even if the air-fuel ratio shifts from the stoichiometric air-fuel ratio to a certain extent due to the oxygen storage function. That is, if the air-fuel ratio of the engine becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the gas flowing into the three-way catalyst contains excess oxygen and NOx, the catalyst will deprive the oxygen (reducing NOx). ), Store the deprived oxygen. Furthermore, when the air-fuel ratio of the engine is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and the gas flowing into the three-way catalyst contains a large amount of unburned substances (reducing components) such as HC and CO, the three-way catalyst Provides the stored oxygen to these unburned materials and oxidizes these components.
更に、このシステムは、図1に示したように、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、水温センサ65、上流側空燃比センサ66、下流側空燃比センサ67及びアクセル開度センサ68を備えている。
Further, as shown in FIG. 1, this system includes a hot-wire
熱線式エアフローメータ61は、吸気管42内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量(機関10の単位時間あたりの吸入空気量)Gaを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁44の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
The hot-wire
The
カムポジションセンサ63は、インテークカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにクランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ64から出力されるパルスは後述する電気制御装置70により機関回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置70は、カムポジションセンサ63及びクランクポジションセンサ64からの信号に基いて、機関10のクランク角度(絶対クランク角)を取得するようになっている。
水温センサ65は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
The
The crank
The
上流側空燃比センサ66は、図2に示したように、エキゾーストマニホールド51の集合部51bと第1三元触媒53(従って、フィルタ収容触媒装置CwF)との間の位置においてエキゾーストマニホールド51及び排気管52の何れか(即ち、排気通路)に配設されている。上流側空燃比センサ66は、上流側空燃比センサ66が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス(被検出ガス)の空燃比に応じた値(電流値及び電圧値等)を出力するようになっている。
As shown in FIG. 2, the upstream air-
より具体的に述べると、上流側空燃比センサ66は限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ66は、被検出ガスの空燃比A/F(従って、機関に供給される混合気の空燃比)に応じた電圧である出力値Vabyfsを出力するようになっている。この出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が大きくなる(リーンとなる)ほど増大する。即ち、上流側空燃比センサ66は、被検出ガスの空燃比の変化に対して出力が連続的に変化する広域空燃比センサである。
More specifically, the upstream air-
後述する電気制御装置70は、空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを記憶していて、そのテーブルに実際の出力値Vabyfsを適用することによって空燃比を検出する(検出空燃比abyfsを取得する)ようになっている。
An
下流側空燃比センサ67は、図1及び図2に示したように、第2三元触媒55(従って、フィルタ収容触媒装置CwF)と第3三元触媒56との間の位置において排気管52(排気通路)に配設されている。下流側空燃比センサ67は、下流側空燃比センサ67が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス(被検出ガス、第3三元触媒56に流入するガス)の空燃比に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the downstream air-
より具体的に述べると、下流側空燃比センサ67は起電力式(濃淡電池式)の酸素濃度センサである。従って、下流側空燃比センサ67は、酸素濃度センサ67とも称呼される。下流側空燃比センサ67は、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力する。即ち、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側の空燃比であるときに略0.1(V)、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリッチ側の空燃比であるときに略0.9(V)、空燃比が理論空燃比のときは0.5(V)となる。
More specifically, the downstream air-
更に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比(前述した、三元触媒のウインドウWに実質的に対応する空燃比)であるとき、被検出ガスの空燃比がリッチからリーンに変化するに従って急激に減少する(略0.9(V)から略0.1(V)に向けて変化する。)。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比であるとき、被検出ガスの空燃比がリーンからリッチに変化するに従って急激に増大する(略0.1(V)から略0.9(V)に向けて変化する。)。下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づいて得られる第2三元触媒55の下流側空燃比afdownは、その出力値Voxsと下流側空燃比afdownとの関係を表す関数をfとするとき、afdown=f(Voxs)により求められる。
Further, the output value Voxs is the air-fuel ratio of the gas to be detected when the air-fuel ratio of the gas to be detected is an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio (the air-fuel ratio substantially corresponding to the window W of the three-way catalyst described above). Decreases rapidly as it changes from rich to lean (changes from approximately 0.9 (V) to approximately 0.1 (V)). The output value Voxs rapidly increases as the air-fuel ratio of the gas to be detected changes from lean to rich when the air-fuel ratio of the gas to be detected is close to the stoichiometric air-fuel ratio (from approximately 0.1 (V)). It changes toward about 0.9 (V).) When the downstream air-fuel ratio afdown of the second three-
このように、機関10の排気通路には、その上流側から下流側に向けて、上流側空燃比センサ66、第1三元触媒53、微粒子捕集フィルタ54、第2三元触媒55、下流側空燃比センサ67及び第3三元触媒56が順に直列に配設されている。
As described above, the upstream air-
再び、図1を参照すると、アクセル開度センサ68は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセルペダルAPの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
Referring to FIG. 1 again, the
電気制御装置70は、互いにバスで接続された「CPU71、ROM72、RAM73、バックアップRAM74、並びに、ADコンバータを含むインターフェース75」等からなるマイクロコンピュータである。
The
インターフェース75は、前記センサ61〜68と接続され、CPU71にセンサ61〜68からの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース75は、CPU71の指示に応じて、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、各気筒のイグナイタ38、各気筒の燃料噴射弁39及びスロットル弁アクチュエータ44a等に駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。
The
次に、第1制御装置による空燃比制御の概要について述べる。
<メインフィードバック制御の概要>
第1制御装置は、メインフィードバック制御条件が成立したとき、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfr(メインフィードバック目標値)に一致するように機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御(メインフィードバック制御)する。本例において、メインフィードバック制御条件は、上流側空燃比センサ66が活性化しているときに成立し、その他の場合に不成立となる。なお、メインフィードバック制御条件には、他の条件が加えられてもよい。
Next, an outline of air-fuel ratio control by the first control device will be described.
<Outline of main feedback control>
When the main feedback control condition is satisfied, the first control device sets the upstream air-fuel ratio abyfs acquired based on the output value Vabyfs of the upstream air-
後述するように、メインフィードバック制御においては、上流側目標空燃比abyfrと筒内吸入空気量Mcとに基づいて基本燃料噴射量(フィードフォワード燃料噴射量)Fbaseが決定される。その基本燃料噴射量Fbaseは、メインフィードバック補正値KFmainにより補正される。メインフィードバック補正値KFmainは、「出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfs」を「上流側目標空燃比abyfr」に一致させるように算出されるフィードバック量である。 As will be described later, in the main feedback control, the basic fuel injection amount (feed forward fuel injection amount) Fbase is determined based on the upstream target air-fuel ratio abyfr and the cylinder intake air amount Mc. The basic fuel injection amount Fbase is corrected by the main feedback correction value KFmain. The main feedback correction value KFmain is a feedback amount calculated so that “the upstream air-fuel ratio abyfs acquired based on the output value Vabyfs” matches the “upstream target air-fuel ratio abyfr”.
(通常空燃比フィードバック制御)
上流側目標空燃比abyfrは、微粒子捕集フィルタ54を再生する要求が発生していないとき(フィルタ再生要求非発生時)に実行される「通常空燃比フィードバック制御時」において、理論空燃比stoichである第1上流側目標空燃比に設定される。
(Normal air-fuel ratio feedback control)
The upstream target air-fuel ratio abyfr is equal to the stoichiometric air-fuel ratio stoich in the “normal air-fuel ratio feedback control” executed when the request for regenerating the
(フィルタ再生制御)
ところで、微粒子捕集フィルタ54は微粒子を捕集するほと微粒子の捕集能力が低下する。逆に、微粒子捕集フィルタ54に捕集された微粒子を微粒子捕集フィルタ54内において燃焼させれば、微粒子捕集フィルタ54の微粒子捕集能力は復帰する。即ち、微粒子捕集フィルタ54を再生させることができる。微粒子捕集フィルタ54内に捕集された微粒子を燃焼させるためには、
(1)微粒子捕集フィルタ54内が高温であること、及び、
(2)微粒子捕集フィルタ54に酸素が供給されること、
が必要である。
(Filter regeneration control)
By the way, the
(1) The inside of the
(2) oxygen is supplied to the
is required.
一般に、理論空燃比近傍の空燃比にて運転されるガソリン機関が通常の運転状態(始動直後等を除く運転状態)にあるとき、微粒子捕集フィルタ54内の温度は捕集された微粒子を燃焼させるのに十分な程度の高い温度になる。一方、所定の減速運転状態となってフューエルカット(燃料供給停止)制御が行われると、機関10から多量の酸素を含む空気が排出される。従って、フューエルカット制御が所定時間以上継続して実行されると、第1三元触媒53の酸素吸蔵量OSA1は第1三元触媒53の最大酸素吸蔵量Cmax1に到達し、酸素が第1三元触媒53から流出し始める。第1三元触媒53から流出した酸素は微粒子捕集フィルタ54内に流入する。
In general, when a gasoline engine operated at an air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio is in a normal operating state (an operating state other than immediately after starting, etc.), the temperature in the
この結果、微粒子捕集フィルタ54内は高温であり且つ微粒子捕集フィルタ54に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ54に捕集されていた微粒子が微粒子捕集フィルタ54内において燃焼し、微粒子捕集フィルタ54は再生される。しかしながら、フューエルカット制御がどのような頻度にて実行されるか、及び、フューエルカット制御時間がどの程度に及ぶか、は機関10の運転がどのように行われるかに依存する。従って、フューエルカット制御のみによって微粒子捕集フィルタ54を再生させることを常に期待することは適当ではない。
As a result, the inside of the
そこで、第1制御装置は、微粒子捕集フィルタ54を再生する要求が発生したとき(フィルタ再生要求発生時)、「フィルタ再生制御(アクティブ空燃比制御)」を実行する。このフィルタ再生制御において、上流側目標空燃比abyfrは、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとの何れかに所定のタイミングにて交互に変化させられる。
Therefore, the first control device executes “filter regeneration control (active air-fuel ratio control)” when a request to regenerate the
より詳細に述べると、図3に示したように、フィルタ再生制御中において「上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenL」に設定されている場合、上流側目標空燃比abyfrは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチな空燃比を表す値から理論空燃比よりもリーンな空燃比を表す値へと変化した時点(リーン反転時)にて強制リッチ空燃比afenRに変更させられる(図3の時刻t2及び時刻t4を参照。)。更に、フィルタ再生制御中において「上流側目標空燃比abyfrが強制リッチ空燃比afenR」に設定されている場合、上流側目標空燃比abyfrは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーンな空燃比を表す値から理論空燃比よりもリッチな空燃比を表す値へと変化した時点(リッチ反転時)にて強制リーン空燃比afenLに変更させられる(図3の時刻t3を参照。)。
More specifically, as shown in FIG. 3, when “the upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the forced lean air-fuel ratio afenL” during the filter regeneration control, the upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the downstream side. Forced rich air-fuel ratio when the output value Voxs of the air-
強制リーン空燃比afenLは、前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲(三元触媒のウインドウW)外であって理論空燃比よりも空燃比ΔafL(ΔafL>0)だけリーン側の空燃比である。即ち、強制リーン空燃比afenL=理論空燃比stoich+ΔafLである。
強制リッチ空燃比afenRは、前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲(三元触媒のウインドウW)外であって理論空燃比よりも空燃比ΔafR(ΔafR>0)だけリッチ側の空燃比である。即ち、強制リッチ空燃比afenR=理論空燃比stoich−ΔafRである。
この結果、上流側目標空燃比abyfrは、幅AC1(=ΔafL+ΔafR)を有しながら矩形波状に変化する。
なお、本例において、空燃比ΔafLと空燃比ΔafRとは等しいが、空燃比ΔafLは空燃比ΔafR以上に設定されることが好ましい。
The forced lean air-fuel ratio afenL is outside the predetermined air-fuel ratio range (the three-way catalyst window W) including the stoichiometric air-fuel ratio, and is an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by an air-fuel ratio ΔafL (ΔafL> 0). is there. That is, forced lean air-fuel ratio afenL = theoretical air-fuel ratio stoich + ΔafL.
The forced rich air-fuel ratio afenR is outside the predetermined air-fuel ratio range (three-way catalyst window W) including the stoichiometric air-fuel ratio and is richer than the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio ΔafR (ΔafR> 0). is there. That is, forced rich air-fuel ratio afenR = theoretical air-fuel ratio stoich−ΔafR.
As a result, the upstream target air-fuel ratio abyfr changes in a rectangular waveform while having a width AC1 (= ΔafL + ΔafR).
In this example, the air-fuel ratio ΔafL and the air-fuel ratio ΔafR are equal, but the air-fuel ratio ΔafL is preferably set to be equal to or higher than the air-fuel ratio ΔafR.
<サブフィードバック制御の概要>
第1制御装置は、サブフィードバック制御条件が成立したとき、上記メインフィードバック制御に加えてサブフィードバック制御を実行する。このサブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを用いて行われる。
<Outline of sub feedback control>
When the sub feedback control condition is satisfied, the first control device performs sub feedback control in addition to the main feedback control. This sub feedback control is performed using the output value Voxs of the downstream air-
本例において、サブフィードバック制御条件は、メインフィードバック制御実行中であり、且つ、下流側空燃比センサ67が活性化しているときに成立し、その他の場合に不成立となる。サブフィードバック制御は、通常空燃比フィードバック制御中及びフィルタ再生制御中の何れの場合にも実行される。なお、サブフィードバック制御条件には、他の条件が加えられてもよい。
In this example, the sub feedback control condition is satisfied when the main feedback control is being executed and the downstream air-
第1制御装置は、サブフィードバック制御において、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが、下流側目標空燃比に相当する値である下流側目標値Voxsrefに一致するように、機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。
In the sub-feedback control, the first control device is supplied to the engine so that the output value Voxs of the downstream air-
換言すると、サブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsにより表される下流側空燃比afdownが、下流側目標値Voxsrefにより表される下流側目標空燃比に一致するように、機関に供給される混合気の空燃比(燃料量)を調整するフィードバック制御である。サブフィードバック制御は、「下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの偏差(出力偏差量DVoxs)に基づく値」を、PI(比例・積分)制御又はPID(比例・積分、微分)制御によって「0」に一致させようとする制御である。
In other words, the sub-feedback control is performed so that the downstream air-fuel ratio afdown represented by the output value Voxs of the downstream air-
下流側目標値Voxsrefは、理論空燃比相当値(Voxsst=0.5V)に設定されている。これにより、機関10に供給される混合気の空燃比(より正確には、第3三元触媒56に流入するガスの空燃比)の平均(中心、中央値)が理論空燃比に一致させられる。 The downstream target value Voxsref is set to a theoretical air-fuel ratio equivalent value (Voxsst = 0.5V). As a result, the average (center, median) of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 (more precisely, the air-fuel ratio of the gas flowing into the third three-way catalyst 56) is made to coincide with the stoichiometric air-fuel ratio. .
<作動>
次に、第1制御装置の作動について説明する。第1制御装置のCPU71は、図4の概略フローチャートに示した手順を所定時間の経過毎に繰り返すことにより、上述した各種の制御を行うようになっている。なお、以下の説明において、上流側空燃比センサ66及び下流側空燃比センサ67は総て活性化していると仮定する。
<Operation>
Next, the operation of the first control device will be described. The
CPU71は、所定のタイミングにてステップ400から処理を開始し、ステップ410に進んでフィルタ再生要求フラグXPMの値が「1」であるか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグXPMの値は、微粒子捕集フィルタ54を再生する要求(フィルタ再生要求)が発生しているときに「1」に設定され、微粒子捕集フィルタ54を再生する必要がないとき「0」に設定される。フィルタ再生要求フラグXPMの操作については後述する(図5を参照。)。
The
いま、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「0」であると仮定する。この場合、CPU71はステップ410にて「No」と判定し、ステップ430に進んで上述した「通常空燃比フィードバック制御」を実行する。
Assume that the value of the filter regeneration request flag XPM is “0”. In this case, the
より具体的に述べると、CPU71は、ステップ430において、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の両方を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定され、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsref(下流側目標空燃比に対応する値)は理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。
More specifically, in
上述したように、メインフィードバック制御は、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるフィードバック制御である。更に、サブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを下流側目標値Voxsref(理論空燃比相当値Voxsst)に一致させるフィードバック制御である。その後、CPU71はステップ495に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、機関の空燃比の平均は実質的に理論空燃比に一致する。つまり、上流側空燃比abyfs及び下流側空燃比afdownに基づいて、機関の空燃比が理論空燃比(理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比)となるようにフィードバック制御される。
As described above, the main feedback control is feedback control in which the upstream air-fuel ratio abyfs obtained based on the output value Vabyfs of the upstream air-
ところで、CPU71は図5にフローチャートにより示した「フィルタ再生要求判定ルーチン」を所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、CPU71は所定のタイミングにてステップ500から処理を開始し、ステップ510に進んで「前回のフィルタ再生制御」を終了してからの吸入空気量Gaの積算値SGaが所定の閾値(フィルタ再生制御実行閾値)SGath以上となっているか否かを判定する。
By the way, the
この積算値SGaは所定時間Δtsの経過毎に実行される図示しない吸入空気量積算ルーチンにより更新されている。即ち、CPU71は、所定時間Δtsの経過毎に、「その時点の積算値SGa」に「その時点にてエアフローメータ61により検出されている吸入空気量Ga」を加えることにより、積算値SGaを更新する。積算値SGaはバックアップRAM74内に格納される。機関10の運転によって発生する微粒子の量は吸入空気量Gaが大きくなるほど大きくなるので、積算値SGaは微粒子捕集フィルタ54に捕集された微粒子の量を表す量となる。なお、積算値SGaはフィルタ再生制御(フィルタ再生制御)の実行が完了したとき(及び、フューエルカット制御が実行されたとき)、吸入空気量積算ルーチンによって「0」に設定(クリア)されるようになっている。
The integrated value SGa is updated by an intake air amount integrating routine (not shown) that is executed every elapse of the predetermined time Δts. That is, the
この時点において、積算値SGaが閾値SGathより小さいと、CPU71はステップ510にて「No」と判定してステップ530に直接進み、フィルタ再生要求フラグXPMの値が最後に「0」から「1」へと変化した後に所定時間(フィルタ再生制御実行時間)が経過したか否かを判定する。このフィルタ再生要求フラグXPMの値は、後述するように、積算値SGaが閾値SGath以上となったとき(即ち、フィルタ再生制御が開始されたとき)、「1」に設定される(図5のステップ520を参照。)。
At this time, if the integrated value SGa is smaller than the threshold value SGath, the
現時点においては、積算値SGaが閾値SGathより小さいため、フィルタ再生要求フラグXPMの値は「0」に維持されている。従って、CPU71は、ステップ530にて「No」と判定してステップ595に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、フィルタ再生要求フラグXPMの値は「0」に維持されるので、通常空燃比フィードバック制御が続行され、フィルタ再生制御は開始されない(図4のステップ410及びステップ430を参照。)。
At present, since the integrated value SGa is smaller than the threshold value SGath, the value of the filter regeneration request flag XPM is maintained at “0”. Accordingly, the
これに対し、図5のステップ510の処理時において、積算値SGaが閾値SGath以上になっていると、CPU71はステップ510にて「Yes」と判定してステップ520に進み、フィルタ再生要求フラグXPMの値を「1」に設定する。この時点においては、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「0」から「1」に変化した後、所定時間(フィルタ再生制御実行時間)が経過していない。従って、CPU71は、ステップ530からステップ595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。このとき、CPU71が図4のステップ410の処理を実行すると、CPU71はそのステップ410にて「Yes」と判定し、ステップ420に進んで上述した「フィルタ再生制御」を実行する。
On the other hand, if the integrated value SGa is greater than or equal to the threshold value SGath during the process of
より具体的に述べると、CPU71は、ステップ420において、メインフィードバック制御を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは図3に示したように、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとを時間の経過とともに交互に繰り返す空燃比に設定される。
More specifically, the
即ち、CPU71は、図3の時刻t1に示したように、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比相当値Voxsstよりも小さい値から大きい値へと変化したとき、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定する。このタイミングは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsにより表される空燃比afdownが、理論空燃比よりリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと反転する時点である。即ち、このタイミングは、出力値Voxsが強制リーン空燃比afenLに応じた値から強制リッチ空燃比afenRに応じた値に変化する「出力値Voxsのリッチ反転時」とも称呼される。
That is, when the output value Voxs of the downstream air-
その後、CPU71は、図3の時刻t2に示したように、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比相当値Voxsstよりも大きい値から小さい値へと変化したとき、上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに設定する。このタイミングは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsにより表される空燃比afdownが理論空燃比よりリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと反転する時点である。即ち、このタイミングは、出力値Voxsが強制リッチ空燃比afenRに応じた値から強制リーン空燃比afenLに応じた値に変化する「出力値Voxsのリーン反転時」とも称呼される。
Thereafter, when the output value Voxs of the downstream air-
更に、CPU71は、図3の時刻t3に示したように、次の「出力値Voxsのリッチ反転時」に上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定し、図3時刻t4に示したように、次の「出力値Voxsのリーン反転時」に上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに設定する。以降、CPU71はこのような動作を繰り返す。
Further, as shown at time t3 in FIG. 3, the
そして、CPU71は、このように設定される上流側目標空燃比abyfrに対してメインフィードバック制御を実行する。更に、CPU71は、サブフィードバック制御を実行する。この場合、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。これにより、上述した「フィルタ再生制御」が実行されるので、微粒子捕集フィルタ54内に酸素が多量に供給される。この結果、微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ54の再生が開始する。その後、CPU71はステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。
Then, the
この状態が継続すると、微粒子捕集フィルタ54の再生が進行する。そして、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「0」から「1」へと変化した後に所定時間(フィルタ再生制御実行時間)が経過した直後において、CPU71が図5のステップ530に進むと、CPU71はそのステップ530にて「Yes」と判定する。そして、CPU71は、ステップ540に進み、フィルタ再生要求フラグXPMの値を「0」に設定する。その後、CPU71はステップ595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
When this state continues, regeneration of the
この結果、CPU71は図4のステップ410にて「No」と判定してステップ430に進むようになる。従って、フィルタ再生制御が中止され、且つ、通常空燃比フィードバック制御が再開される。
As a result, the
(作動の詳細)
図6はCPU71が実行する燃料噴射制御ルーチンの詳細を示している。以下、このルーチンによる処理について簡単に説明する。
(Details of operation)
FIG. 6 shows the details of the fuel injection control routine executed by the
CPU71は、この図6に示したルーチンを、各気筒のクランク角が各気筒の吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、CPU71はステップ600から処理を開始してステップ610に進み、機関回転速度NE、吸入空気量Ga及びテーブルMapMc(NE,Ga)に基づいて「今回の吸気行程を迎える気筒(以下、「燃料噴射気筒」と云うこともある。)に吸入される今回の筒内吸入空気量Mc」を推定・決定する。
The
次に、CPU71はステップ620に進み、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「0」であるか否かを判定する。そして、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「0」であれば、CPU71は以下に述べるステップ630乃至ステップ680の処理を順に行い、ステップ695に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
ステップ630:CPU71は、上流側目標空燃比abyfrに理論空燃比stoichを設定する。
ステップ640:CPU71は、筒内吸入空気量Mcを上記上流側目標空燃比abyfrで除することにより、基本燃料噴射量Fbaseを算出する。
ステップ650:CPU71は、図示しないルーチンにより別途求められているメインフィードバック補正値KFmainを読み込む。
ステップ660:CPU71は、図示しないルーチンにより別途求められているサブフィードバック補正値Fisubを読み込む。
ステップ670:CPU71は、下記の(1)式に従って最終燃料噴射量Fiを求める。
Fi=Fbase・KFmain+Fisub …(1)
ステップ680:CPU71は、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に対する燃料噴射弁39から噴射されるように、その燃料噴射弁39に対して噴射指示を行う。
Step 630: The
Step 640: The
Step 650: The
Step 660: The
Step 670: The
Fi = Fbase · KFmain + Fisub (1)
Step 680: The
上記ステップ650において読み込まれるメインフィードバック補正値KFmainの算出方法は、例えば、特開2005−273524等に記載されているように周知である。
The calculation method of the main feedback correction value KFmain read in
簡単に述べると、CPU71は、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsと、予め記憶されているテーブルMapabyfsと、に基づいて、上流側空燃比センサ66が検出している現時点の検出空燃比abyfsを求める。
CPU71は、上流側目標空燃比abyfrから検出空燃比abyfsを減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。
CPU71は、空燃比偏差Dafに対してハイパスフィルタ処理を施し、メインフィードバック制御用偏差DafHiを求める。このハイパスフィルタ処理の結果、メインフィードバック制御用偏差DafHiは、フィルタ収容触媒装置CwFの下流に現れない空燃比変動を表す値となる。
CPU71は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。
In brief, the
The
The
The
更に、上記ステップ660において読み込まれるサブフィードバック補正値Fisubの算出方法も、例えば、特開2005−273524等に記載されているように周知である。
Furthermore, the calculation method of the sub feedback correction value Fisub read in
簡単に述べると、CPU71は、「理論空燃比に相当する値(例えば、0.5(V))に設定されている下流側目標値Voxsref」から「現時点の下流側空燃比センサの出力値Voxs」を減じることにより、出力偏差量DVoxs(DVoxs=Voxsref−Voxs)を求める。なお、下流側目標値Voxsrefは、理論空燃比よりも僅かにリッチ側であって前述したウインドウWの範囲内の空燃比(弱リッチ空燃比AFR)に対応する値Vrich(例えば、0.55(V))に設定されてもよい。
In brief, the
CPU71は、出力偏差量DVoxsに対してローパスフィルタ処理を施すことにより、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを取得する。
CPU71は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを下記(2)式に基づいて比例・積分・微分処理(PID処理)し、サブフィードバック補正値Fisubを求める。
Fisub=Kp・DVoxslow+Ki・SDVoxslow+Kd・DDVoxslow …(2)
The
The
Fisub = Kp · DVoxslow + Ki · SDVoxslow + Kd · DDVoxslow… (2)
上記(2)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)である。また、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値であり、DDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間微分値である。 In the above equation (2), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), Ki is a preset integral gain (integral constant), and Kd is a preset differential gain (differential constant). SDVoxslow is a time integral value of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter, and DDVoxslow is a time differential value of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter.
一方、図6のステップ620の処理を実行する時点において、フィルタ再生要求フラグXPMの値が「1」であると、CPU71はそのステップ620に「No」と判定する。そして、CPU71はステップ690に進み、上流側目標空燃比abyfrを図3に示したように「強制リーン空燃比afenL」又は「強制リッチ空燃比afenR」に設定する(図4のステップ420を参照。)。以降、CPU71は、ステップ640乃至ステップ680の処理を実行する。
On the other hand, if the value of the filter regeneration request flag XPM is “1” at the time when the process of
この場合、CPU71は、図3の時刻t1に示したように、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比相当値Voxsstよりも小さい値から大きい値へと変化したとき、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定する。これにより、フィルタ収容触媒装置CwFの第1三元触媒53に過剰な酸素が流入し、その後、第1三元触媒53から酸素が流出する。この酸素はフィルタ収容触媒装置CwFの微粒子捕集フィルタ54に流入する。これにより、微粒子捕集フィルタ54に捕集されている微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ54が再生される。
In this case, when the output value Voxs of the downstream air-
このとき、微粒子の総てが燃焼される前の時点において酸素が微粒子捕集フィルタ54から漏れ出したとしても、その酸素はフィルタ収容触媒装置CwFの第2三元触媒55によって吸蔵又は消費されるので、下流側空燃比センサ67に到達しない。従って、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比相当値Voxsstよりも大きい値から小さい値へと変化する時点(出力値Voxsのリーン反転時)が遅れるから、上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定されている時間が長くなる。この結果、微粒子捕集フィルタ54に多量の酸素を流入させることができる(酸素を継続的に流入させることができる)ので、微粒子捕集フィルタ54を効率的に再生することができる。
At this time, even if oxygen leaks from the
以上、説明したように、第1制御装置は、フィルタ再生要求が発生したと判定された場合(図5のステップ520にてXPM=1となった場合)、「機関10に供給される混合気の空燃比」を「強制リッチ空燃比afenR及び強制リーン空燃比afenLのうちの何れか一方」の「第1空燃比」に設定するとともに、下流側空燃比センサ67の出力Voxsが「強制リッチ空燃比afenR及び強制リーン空燃比afenLのうちの何れか他方」の「第2空燃比」に応じた値から「第1空燃比」に応じた値に変化したとき、機関10に供給される混合気の空燃比を「第2空燃比」に設定し、その後、下流側空燃比センサ67の出力Voxsが「第1空燃比」に応じた値から「第2空燃比」に応じた値に変化したとき、機関10に供給される混合気の空燃比を「第1空燃比」に設定するアクティブ空燃比制御を所定期間実行する「フィルタ再生手段」を備える(図4のステップ420、図5のステップ530及びステップ540を参照。)。
As described above, when it is determined that the filter regeneration request has occurred (when XPM = 1 at
更に、フィルタ収容触媒装置CwFは、上流から下流に向けて、第1三元触媒53と微粒子捕集フィルタ54と第2三元触媒55とを備えている。即ち、第2三元触媒55が微粒子捕集フィルタ54の下流に配設されている。従って、機関の空燃比が強制リーン空燃比afenLに設定されている場合において、微粒子捕集フィルタ54に流入した酸素が微粒子捕集フィルタ54にて完全に消費されることなくその下流に漏洩したとしても、その酸素は第2三元触媒55により消費又は貯蔵される。従って、下流側空燃比センサ67の出力Voxsが強制リーン空燃比afenLに応じた値に変化するまでの時間が遅れる。この結果、機関の空燃比が「強制リーン空燃比afenLに設定されている時間」が長くなるので、微粒子捕集フィルタ54に十分な量の酸素を流入させることができる。従って、微粒子捕集フィルタ54を効率よく再生させることができる。
Further, the filter-containing catalyst device CwF includes a first three-
更に、第1三元触媒53が微粒子捕集フィルタ54の上流に配設されている。従って、第1三元触媒53は機関の冷間始動後において早期に暖機され活性化する。この結果、機関の冷間始動後におけるエミッションを良好にすることができる。
Further, the first three-
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第2制御装置」とも称呼する。)について説明する。第2制御装置は、フィルタ収容触媒装置の構造が第1制御装置のフィルタ収容触媒装置CwFと相違している。以下、第2制御装置が採用したフィルタ収容触媒装置CwFをフィルタ収容触媒装置CwF2と表記する。
(Second Embodiment)
Next, a control device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “second control device”) will be described. The second control device is different from the filter storage catalyst device CwF of the first control device in the structure of the filter storage catalyst device. Hereinafter, the filter housing catalyst device CwF employed by the second control device is referred to as a filter housing catalyst device CwF2.
フィルタ収容触媒装置CwF2は、図7に示したように、第1三元触媒53と、微粒子捕集フィルタ54aと、第2三元触媒55と、を含む。
As shown in FIG. 7, the filter housing catalyst device CwF2 includes a first three-
第1三元触媒53及び第2三元触媒55は、第1制御装置のフィルタ収容触媒装置CwFが備える第1三元触媒53及び第2三元触媒55とそれぞれ同一である。
The first three-
微粒子捕集フィルタ54aは、周知の「ウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタ」である。図8は、微粒子捕集フィルタ54aの概略断面図である。図9は、微粒子捕集フィルタ54aの下流側から微粒子捕集フィルタ54aを見た概略正面図である。図8及び図9に示したように、微粒子捕集フィルタ54aは、複数の壁部54a1と、複数の上流側閉鎖部54a2と、複数の下流側閉鎖部54a3と、外枠体54a4と、を含んでいる。
The
複数の壁部54a1は、微粒子捕集フィルタ54aに流入する排ガスの流れの方向に沿うように伸びる「第1通路P1及び第2通路P2」を複数形成している。壁部54a1は多孔質の薄板(例えば、コージェライト等の多孔質セラミック)からなり、排ガスが通過し得るように構成されている。
The plurality of wall portions 54a1 form a plurality of “first passages P1 and second passages P2” extending along the direction of the flow of the exhaust gas flowing into the
「第1通路P1及び第2通路P2」の各断面形状は略正方形である。第1通路P1及び第2通路P2は、断面視における正方形の一つの辺を共有しながら隣り合うように配列されている。
上流側閉鎖部54a2は、第2通路P2の上流側端部(最上流端)にて第2通路P2を閉鎖するように配置されている。
下流側閉鎖部54a3は、第1通路P2の下流側端部(最下流端)にて第1通路P1を閉鎖するように配置されている。
Each cross-sectional shape of "the 1st channel | path P1 and the 2nd channel | path P2" is substantially square. The first passage P1 and the second passage P2 are arranged so as to be adjacent to each other while sharing one side of a square in a sectional view.
The upstream closing portion 54a2 is disposed so as to close the second passage P2 at the upstream end portion (most upstream end) of the second passage P2.
The downstream closing portion 54a3 is disposed so as to close the first passage P1 at the downstream end (most downstream end) of the first passage P2.
このように、微粒子捕集フィルタ54aは、微粒子捕集フィルタ54aに流入する排ガスの流れの方向に沿うように伸びる通路(P1及びP2)を複数形成するとともに排ガスが通過し得る「壁部54a1」を備え、その複数の通路(P1及びP2)のうちの幾つか(本例において約半数)がその最上流端において閉鎖され、且つ、同複数の通路(P2)のうちの最上流端において閉鎖されていない残りの通路が最下流端において閉鎖されている。
Thus, the
このように構成された微粒子捕集フィルタ54aには、排ガスが第1通路P1に流入する。そして、その流入した排ガスは図8に矢印により示したように、壁部54a1を通過して第2通路P2に流入し、その後、第2通路P2から外部に排出される。排ガス中の微粒子は、排ガスが、第1通路P1から壁部54a1を通って第2通路P2に流入する際に壁部54a1にて捕集される。
Exhaust gas flows into the first passage P1 through the
再び、図7を参照すると、フィルタ収容触媒装置CwF2において、第1三元触媒53と微粒子捕集フィルタ54aとの間には空間(空隙、第1空間)SP1が形成されている。更に、微粒子捕集フィルタ54aと第2三元触媒55との間にも空間(空隙、第2空間)SP2が形成されている。
Referring to FIG. 7 again, in the filter containing catalyst device CwF2, a space (gap, first space) SP1 is formed between the first three-
従って、第1三元触媒53から流出した排ガスは第1空間SP1へと一旦流出し、その後、第1空間SP1から「微粒子捕集フィルタの複数の通路のうち最上流端において閉鎖されていない第1通路P1」へと流入する。従って、微粒子捕集フィルタ54aに効率よく且つ満遍なく(均一)に排ガスを流入させることができる。更に、「微粒子捕集フィルタ54aの複数の通路のうち最下流端において閉鎖されていない第2通路P2」から流出した排ガスは第2空間SP2へと一旦流出し、その後、第2空間SP2から第2三元触媒55へと流入する。従って、第2三元触媒55に効率よく且つ満遍なく(均一)に排ガスを流入させることができる。
Accordingly, the exhaust gas flowing out from the first three-
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第3制御装置」とも称呼する。)について説明する。第3制御装置は、フィルタ収容触媒装置の第1三元触媒及び第2三元触媒が、第2制御装置のフィルタ収容触媒装置CwF2のそれらと相違している。以下、第3制御装置が採用したフィルタ収容触媒装置をフィルタ収容触媒装置CwF3と表記する。
(Third embodiment)
Next, a control device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “third control device”) will be described. In the third control device, the first three-way catalyst and the second three-way catalyst of the filter containing catalyst device are different from those of the filter containing catalyst device CwF2 of the second control device. Hereinafter, the filter housing catalyst device employed by the third control device is referred to as a filter housing catalyst device CwF3.
フィルタ収容触媒装置CwF3は、図10に示したように、第1三元触媒53aと、微粒子捕集フィルタ54aと、第2三元触媒55aと、を含む。微粒子捕集フィルタ54aは、フィルタ収容触媒装置CwF2が備えるウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタ54aと同一のフィルタである。第1三元触媒53a及び第2三元触媒55aは、フィルタ収容触媒装置CwF及びCwF2が備える「第1三元触媒53及び第2三元触媒55」と同様な三元触媒である。
As shown in FIG. 10, the filter-containing catalyst device CwF3 includes a first three-
但し、第1三元触媒53aは、第2三元触媒55aよりも「パラジウム(Pd)」の担持率が大きくなっている。
However, the first three-
未燃物(HC及びCO等)を酸化するために触媒に担持される貴金属の代表例は、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)である。白金は、パラジウムに比べ、高温であり且つ理論空燃比よりもリーンな空燃比のガスが流入したとき(「高温・リーンガス雰囲気」とも言う)、シンタリングによって劣化し易い。一方、白金は、パラジウムに比べ、高温であり且つ理論空燃比よりもリッチでありリッチの程度が大きい強リッチ空燃比のガスが流入したとき、劣化し難い。 Typical examples of noble metals supported on the catalyst to oxidize unburned substances (HC, CO, etc.) are platinum (Pt) and palladium (Pd). Platinum is easily deteriorated by sintering when a gas having an air-fuel ratio that is higher in temperature than that of palladium and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio flows (also referred to as “high temperature / lean gas atmosphere”). On the other hand, platinum is unlikely to deteriorate when a strong rich air-fuel ratio gas flows at a higher temperature and is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and has a higher degree of richness than palladium.
他方、上述したフィルタ再生制御(アクティブ空燃比制御)において、排ガスの空燃比は「比較的リーンの程度が小さい強制リーン空燃比afenL」と、「比較的リッチの程度が小さい強制リッチ空燃比afenR」と、に変化する。従って、上流側に配置されることによって高温になり易い第1三元触媒53aが白金を多く担持していると、第1三元触媒53aは「高温・リーンガス雰囲気」に曝され容易に劣化する。そこで、上記構成のように、第1三元触媒53aは、第2三元触媒55aよりも、パラジウムの担持率が大きくなるように構成される。また、第1三元触媒53aは、第2三元触媒55aよりも、白金の担持率が小さくなるように構成される。この結果、第3制御装置は、フィルタ再生制御中における第1三元触媒53aの劣化の進行を抑制することができる。
On the other hand, in the above-described filter regeneration control (active air-fuel ratio control), the air-fuel ratio of the exhaust gas is “forced lean air-fuel ratio afenL with a relatively small degree of lean” and “forced rich air-fuel ratio afenR with a relatively small degree of richness”. And change. Therefore, if the first three-
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第4制御装置」とも称呼する。)について説明する。第4制御装置は、フィルタ収容触媒装置の第1三元触媒及び第2三元触媒が、第2制御装置のフィルタ収容触媒装置CwF2のそれらと相違している。以下、第4制御装置が採用したフィルタ収容触媒装置をフィルタ収容触媒装置CwF4と表記する。
(Fourth embodiment)
Next, a control device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “fourth control device”) will be described. In the fourth control device, the first three-way catalyst and the second three-way catalyst of the filter containing catalyst device are different from those of the filter containing catalyst device CwF2 of the second control device. Hereinafter, the filter housing catalyst device employed by the fourth control device is referred to as a filter housing catalyst device CwF4.
フィルタ収容触媒装置CwF4は、図11に示したように、第1三元触媒53bと、微粒子捕集フィルタ54aと、第2三元触媒55bと、を含む。微粒子捕集フィルタ54aは、フィルタ収容触媒装置CwF2が備えるウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタ54aと同一のフィルタである。第1三元触媒53b及び第2三元触媒55bは、フィルタ収容触媒装置CwF及びCwF2が備える「第1三元触媒53及び第2三元触媒55」と同様な三元触媒である。
As shown in FIG. 11, the filter-accommodating catalyst device CwF4 includes a first three-
但し、第2三元触媒55bは、その最大酸素吸蔵量が、第1三元触媒53bの最大酸素吸蔵量よりも大きくなるように構成されている。つまり、仮に、第1三元触媒53bの温度と第2三元触媒55bの温度とが同一である場合、第2三元触媒55bは第1三元触媒53bよりも多くの酸素を吸蔵することができるように構成されている。より具体的には、第2三元触媒55bの酸素吸蔵物質であるセリア(CeO2)の担持量は、第1三元触媒53bのセリアの担持量よりも多くなっている。
However, the second three-
この場合、第2三元触媒55bの「触媒単位体積あたりのセリアの担持量(セリアの担持率)」が第1三元触媒53bのセリアの担持率より大きく且つ第2三元触媒55bの容量が第1三元触媒53bの容量以上であることが望ましい。但し、第2三元触媒55bのセリアの担持率は第1三元触媒53bの担持率以下であるが、第2三元触媒55bの容量が第1三元触媒53bの容量よりも大きいために、結果的に第2三元触媒55bのセリアの担持量が第1三元触媒53bのセリアの担持量よりも多くなっていてもよい。即ち、セリアの担持率と三元触媒の容量とで決まるセリアの総担持量(即ち、最大酸素吸蔵量、酸素吸蔵能力)が、第2三元触媒55bの方が第1三元触媒53bよりも大きければよい。
In this case, the “ceria loading amount per unit catalyst volume (ceria loading rate)” of the second three-
これによれば、第1三元触媒53bの最大酸素吸蔵量が小さいので、機関の空燃比が強制リーン空燃比afenLに切り換えてから短時間のうちに微粒子捕集フィルタ54aに酸素が供給され始める。従って、微粒子捕集フィルタ54aの再生開示時期が早くなる。
According to this, since the maximum oxygen storage amount of the first three-
更に、第2三元触媒55bの最大酸素吸蔵量が大きいので、機関の空燃比が強制リーン空燃比afenLに切り換えてから第2三元触媒55bの下流に酸素が流出するまでの時間が長くなる。即ち、「機関の空燃比を強制リーン空燃比afenLに設定した時点」から「下流側空燃比センサが強制リッチ空燃比afenRに応じた値から強制リーン空燃比afenLに応じた値に変化するまでの時間」が長くなる。従って、機関の空燃比を強制リーン空燃比afenLに設定している時間が長くなるから、微粒子捕集フィルタ54aに多量の酸素を流入させることができる。その結果、微粒子捕集フィルタ54aを効率よく再生することができる。
Furthermore, since the maximum oxygen storage amount of the second three-
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第5制御装置」とも称呼する。)について説明する。第5制御装置は、フィルタ収容触媒装置の第2三元触媒が、第3制御装置のフィルタ収容触媒装置CwF3の第2三元触媒55aと相違している。以下、第5制御装置が採用したフィルタ収容触媒装置をフィルタ収容触媒装置CwF5と表記する。
(Fifth embodiment)
Next, a control device for an internal combustion engine according to a fifth embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “fifth control device”) will be described. In the fifth control device, the second three-way catalyst of the filter containing catalyst device is different from the second three
フィルタ収容触媒装置CwF5は、図12に示したように、第1三元触媒53aと、微粒子捕集フィルタ54aと、第2三元触媒55cと、を含む。微粒子捕集フィルタ54aは、フィルタ収容触媒装置CwF3が備えるウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタ54aと同一のフィルタである。第1三元触媒53a及び第2三元触媒55cは、フィルタ収容触媒装置CwF3が備える「第1三元触媒53a及び第2三元触媒55a」と同様な三元触媒である。
As shown in FIG. 12, the filter-accommodating catalyst device CwF5 includes a first three-
但し、第2三元触媒55cは、各貴金属の担持率を領域(ゾーン)別に設定することができるゾーンコート三元触媒である。第2三元触媒55cは、上流側の部分55c1が下流側の部分55c2よりもパラジウムの担持率が大きく(且つ、白金の担持率が小さく)なるように形成されている。下流側の部分55c2は、第2三元触媒55cの軸線方向(排ガス通過方向)において、上流側の部分55c1よりも下流に位置する部分である。
However, the second three-
前述したように、パラジウムは「高温・リーンガス雰囲気」に対して白金よりも劣化し難い。また、第2三元触媒55cにおいて、その上流側の部分55c1は下流側の部分55c2よりも高温になる。更に、前述したように、フィルタ再生制御において、排ガスの空燃比は比較的リーンの程度が小さい強制リーン空燃比afenLと、比較的リッチの程度が小さい強制リッチ空燃比afenRと、に変化する。従って、高温になり易い第2三元触媒55cの上流側の部分55c1が白金を多く担持しているとその部分が劣化する可能性が高まる。しかしながら、第5制御装置の第2三元触媒55cは、その上流側の部分55c1が下流側の部分55c2よりもパラジウムの担持率が大きく白金の担持率が小さいので、フィルタ再生制御中における第2三元触媒55cの劣化の進行を抑制することができる。
As described above, palladium is less susceptible to deterioration than platinum in a “high temperature / lean gas atmosphere”. In the second three-
以上、説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態は、微粒子捕集フィルタの下流に第2三元触媒を備え、且つ、フィルタ再生制御における空燃比の強制リッチ空燃比afenRへの切換えを第2三元触媒よりも下流に配置された下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づいて行っている。従って、フィルタ再生制御中に機関の空燃比を強制リーン空燃比afenLに設定している時間を長くすることができるので、微粒子捕集フィルタを効率よく再生することができる。
As described above, each embodiment of the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes the second three-way catalyst downstream of the particulate collection filter, and the air-fuel ratio forced rich air-fuel ratio afenR in the filter regeneration control. Is switched based on the output value Voxs of the downstream air-
なお、上記各制御装置は、フィルタ再生要求が発生してないと判定されているとき(XPM=0)、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて定められる空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の上流側目標空燃比abyfr」に一致するとともに、下流側空燃比センサの出力値Voxsにより表される空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の下流側目標空燃比」に一致するように、「機関に供給される混合気の空燃比を制御する通常空燃比フィードバック制御」を行なう装置でもある。
When it is determined that a filter regeneration request has not occurred (XPM = 0), each of the above control devices determines that the air-fuel ratio determined based on the output value Vabyfs of the upstream air-
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、メイン及びサブフィードバック制御は、例えば、特開2007−278186号公報に開示されているように下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが下流側目標値に一致するように、上流側空燃比センサ66によって検出される空燃比を見かけ上補正するような態様であってもよい。また、特開平06−010738号公報に開示されているように、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づいて、上流側空燃比センサ66の出力値に基づいて作成される空燃比補正係数を変更する態様であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention. For example, in the main and sub feedback control, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-278186, the upstream air-fuel ratio is set so that the output value Voxs of the downstream air-
また、第5制御装置において、第1三元触媒53a、第2三元触媒55cの上流側の部分55c1、第2三元触媒55cの下流側の部分55c2、第3三元触媒56の順に、パラジウムの担持率が低下するように構成されてもよい。同時に、第3三元触媒56、第2三元触媒55cの下流側の部分55c2、第2三元触媒55cの上流側の部分55c1、第1三元触媒53aの順に、白金の担持率が低下するように構成されてもよい。更に、各実施形態は、相互に矛盾のない範囲において、組み合わされ得る。例えば、第3制御装置のフィルタ収容触媒装置CwF3の特徴と、第4制御装置のフィルタ収容触媒装置CwF4の特徴と、を組み合わせてもよい。また、フィルタ収容触媒装置CwF3、フィルタ収容触媒装置CwF4及びフィルタ収容触媒装置CwF5において、第1空間SP1及び第2空間SP2は適宜省略されてもよく、更に、それらの微粒子捕集フィルタ54aはウォールフロータイプ以外の微粒子捕集フィルタであってもよい。
Further, in the fifth control device, the first three-
10…内燃機関、20…シリンダブロック部、25…燃焼室、30…シリンダヘッド部、34…排気ポート、40…吸気系統、50…排気系統、51…エキゾーストマニホールド、52…排気管、53,53a,53b…第1三元触媒、54,54a…微粒子捕集フィルタ、54a1…壁部、54a2…上流側閉鎖部、54a3…下流側閉鎖部、54a4…外枠体、55,55a,55b,55c…第1三元触媒、56…第3三元触媒、66…上流側空燃比センサ、67…下流側空燃比センサ、70…電気制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記排気通路であって前記フィルタ収容触媒装置よりも下流側に配設された下流側空燃比センサと、
前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を同微粒子捕集フィルタ内において燃焼させることにより同微粒子捕集フィルタを再生させる要求であるフィルタ再生要求が発生したか否かを判定するフィルタ再生要求発生判定手段と、
前記フィルタ再生要求が発生したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である強制リッチ空燃比及び理論空燃比よりもリーン側の空燃比である強制リーン空燃比のうちの何れか一方の第1空燃比に設定するとともに前記下流側空燃比センサの出力が同強制リッチ空燃比及び同強制リーン空燃比のうちの何れか他方の第2空燃比に応じた値から同第1空燃比に応じた値に変化したとき、同機関に供給される混合気の空燃比を同第2空燃比に設定し、その後、前記下流側空燃比センサの出力が同第1空燃比に応じた値から同第2空燃比に応じた値に変化したとき、同機関に供給される混合気の空燃比を同第1空燃比に設定するアクティブ空燃比制御を所定期間実行するフィルタ再生手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。 A filter-containing catalyst device in which a first three-way catalyst, a particulate collection filter, and a second three-way catalyst, which are disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and are arranged in order from the upstream side to the downstream side, are housed in one casing. When,
A downstream air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage and downstream of the filter-containing catalyst device;
A filter regeneration request is generated to determine whether a filter regeneration request, which is a request to regenerate the particulate collection filter, is generated by burning the particulates collected by the particulate collection filter in the particulate collection filter. A determination means;
When it is determined that the filter regeneration request has occurred, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is changed to a rich air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. One of the forced lean air-fuel ratios, which is an air-fuel ratio, is set to the first air-fuel ratio, and the output of the downstream air-fuel ratio sensor is the other of the forced rich air-fuel ratio and the forced lean air-fuel ratio. When the value according to the second air-fuel ratio changes from the value according to the first air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is set to the second air-fuel ratio, and then the downstream side air-fuel ratio is set. When the output of the fuel ratio sensor changes from a value corresponding to the first air / fuel ratio to a value corresponding to the second air / fuel ratio, the air / fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is set to the first air / fuel ratio. Filter regeneration means for executing air-fuel ratio control for a predetermined period;
The control apparatus of the internal combustion engine provided with.
前記微粒子捕集フィルタは、同微粒子捕集フィルタに流入する排ガスの流れの方向に沿うように伸びる通路を複数形成するとともに排ガスが通過し得る壁部を備え、同複数の通路のうちの幾つかがその最上流端において閉鎖され、且つ、同複数の通路のうちの同最上流端において閉鎖されていない残りの通路が最下流端において閉鎖されたウォールフロータイプの微粒子捕集フィルタであり、
前記フィルタ収容触媒装置は、前記第1三元触媒と前記微粒子捕集フィルタとの間に第1空間を備えるとともに、前記微粒子捕集フィルタと前記第2三元触媒との間に第2空間を備えるように形成されている内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The particulate collection filter includes a plurality of passages extending along the flow direction of the exhaust gas flowing into the particulate collection filter and includes a wall portion through which the exhaust gas can pass, and some of the plurality of passages Is a wall flow type particulate collection filter closed at its uppermost stream end, and the remaining passages not closed at the uppermost stream end of the plurality of passages are closed at the lowermost stream end,
The filter-containing catalyst device includes a first space between the first three-way catalyst and the particulate collection filter, and a second space between the particulate collection filter and the second three-way catalyst. A control apparatus for an internal combustion engine configured to include the internal combustion engine.
前記第1三元触媒は、前記第2三元触媒よりもパラジウムの担持率が大きいことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the first three-way catalyst has a higher palladium loading rate than the second three-way catalyst.
前記第2三元触媒は、前記第1三元触媒よりも最大酸素吸蔵量が大きくなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the second three-way catalyst is configured to have a maximum oxygen storage amount larger than that of the first three-way catalyst.
前記第2三元触媒は、上流側の部分が下流側の部分よりもパラジウムの担持率が大きくなるように形成されたゾーンコート三元触媒であることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the second three-way catalyst is a zone coat three-way catalyst formed such that the upstream portion has a higher palladium loading ratio than the downstream portion.
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