JP2001123826A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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Abstract
x 触媒33の両者の劣化を効率よく抑制する。 【解決手段】 触媒温度、排ガス流量及び排ガス成分に
基づいて三元触媒32の劣化指数及び吸蔵型NOx 触媒3
3の劣化指数を導出し、三元触媒32の劣化指数が第2
所定値を越えたときにリーン運転を禁止すると共に吸蔵
型NOx 触媒33の劣化指数が第1所定値を越えたときに
ストイキ運転を禁止し、劣化しやすい側の触媒の劣化を
優先的に抑制し、両方の劣化指数が高くなったときにリ
ッチ運転を行い、燃費の悪化を抑えて三元触媒32と吸
蔵型NOx 触媒33の両者の劣化を効率よく抑制する。
Description
元触媒と排ガス中の窒素酸化物をトラップするNO x トラ
ップ触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置に
関する。
燃比での燃焼を可能とした希薄燃焼内燃機関が実用化さ
れている。この希薄燃焼内燃機関では、従来の三元触媒
ではその浄化特性によりリーン燃焼時の排ガス中の窒素
酸化物(NOx )を十分に浄化できないといった問題があ
る。そこで、近年では、例えば、リーン空燃比で運転中
に排ガス中のNOx を吸蔵し、理論空燃比(ストイキ)ま
たはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたNOx を放出還元
する吸蔵型NOx 触媒等のNOx トラップ触媒装置を備えた
排気浄化装置が採用されてきている。
燃比(酸素の過剰状態)で排ガス中のNOx から硝酸塩
(もしくは酸化塩)を生成し、これによりNOx を吸蔵す
る一方、ストイキまたはリッチ空燃比(酸素濃度が低下
した雰囲気)では、触媒装置に吸蔵した硝酸塩と排気中
のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりNOx を
放出還元させるようになっている。
ば、白金やロジウム等)が担持されており、排ガスが高
温のリーン雰囲気になったときに酸化して触媒性能が低
下(劣化)する。そのため、排気通路に三元触媒を有す
る排気浄化装置では、酸化雰囲気下でこの触媒が所定の
高温状態に晒される場合、排気空燃比をストイキにする
熱劣化対策のための空燃比制御が、例えば、特開平5-59
935 号公報によって提案されている。
燃機関にあっては、例えば、排気通路に三元触媒と吸蔵
型NOx 触媒を設けているが、三元触媒と吸蔵型NOx 触媒
とでは熱劣化をはじめとした劣化特性が異なるものであ
るため、両者を両立させて有効に劣化抑制する技術が確
立されていないのが現状である。
熱温度が異なると共に、三元触媒は高温で排ガスがリー
ン雰囲気になったときに酸化して劣化する一方、吸蔵型
NOx触媒は高温でストイキ雰囲気になってCOやTHC 等が
少なくなったときに吸蔵材が炭酸塩、硝酸塩(もしくは
酸化塩)のいずれの状態にもならず吸蔵材が不安定とな
り担体と結びついてNOx を吸蔵することができなくなる
(劣化)。特に、排ガス流量が多い場合に、酸化が促進
されて三元触媒の劣化に対して悪影響を及ぼし、排ガス
流量が少ない場合にCOやTHC 等が不足して吸蔵型NOx 触
媒の劣化に対して悪影響を及ぼしてしまう。触媒温度が
高くなりやすい状況下で空燃比をリッチ雰囲気に制御す
れば、触媒温度の上昇及び酸化や不安定化が抑制され、
三元触媒と吸蔵型NOx 触媒の両者の劣化を抑制すること
ができるが、空燃比をリッチ空燃比に単純に切り換える
手法は燃費の大幅な悪化を招いてしまう問題があった。
備えた希薄燃焼内燃機関の触媒装置では、三元触媒と吸
蔵型NOx 触媒の両者の劣化を抑制するためには様々な問
題が生じ、燃費の悪化を抑えながら触媒の劣化を抑制す
ることは困難で、劣化抑制の技術が確立されていないの
が現状である。
で、燃費の悪化を抑えて三元触媒とNO x トラップ触媒の
両者の劣化を抑制することができる内燃機関の排気浄化
装置を提供することを目的とする。
請求項1の本発明では、排気浄化用の三元触媒と窒素酸
化物をトラップするNOx トラップ触媒とを備えた触媒装
置において、劣化指数導出手段により内燃機関の運転状
態や排ガス量に基づいて三元触媒の劣化指数及びNOx ト
ラップ触媒の劣化指数を導出し、空燃比制御手段によ
り、三元触媒の劣化指数が三元触媒用の所定値を越えた
ときにリーン空燃比での内燃機関の運転を禁止すると共
にNOx トラップ触媒の劣化指数がNOx トラップ触媒用の
所定値を越えたときに理論空燃比での内燃機関の運転を
禁止するようにしたものである。このため、劣化指数が
高い、即ち、劣化しやすい側の触媒の劣化が優先的に抑
制されると共に、両方の劣化指数が高くなったときにリ
ーン空燃比及び理論空燃比での内燃機関の運転が禁止さ
れ、状況によってはリッチ空燃比にしなくても劣化を抑
制できる。これにより、燃費の悪化を抑えて三元触媒と
NOx トラップ触媒の両者の劣化が抑制される。
場合には、具体的には、触媒温度、排ガス流量及び排ガ
ス成分の情報が少なくとも1つ以上用いられる。
では、排気浄化用の三元触媒と窒素酸化物をトラップす
るNOx トラップ触媒とを備えた触媒装置において、触媒
の温度に相関するパラメータ値と排ガス流量に相関する
パラメータ値とに応じて内燃機関のリーン空燃比運転領
域及びリッチ運転領域を設定するようにしたものであ
る。このため、触媒の劣化特性に合わせて温度及び排ガ
ス流量に応じて適切な運転領域が選択され、燃費の悪化
を抑えて三元触媒とNOx トラップ触媒の両者の劣化が抑
制される。
度と排ガス流量(吸気流量)との関係のマップにより三
元触媒とNOx トラップ触媒のそれぞれに設定され、運転
領域の選択は、所定の高温度以上の領域で実施されて熱
劣化が抑制される。
ける排ガス流量が少ない領域では、リッチ空燃比側への
切り換えが極力高温側で実施され、リーン空燃比側への
切り換えが極力低温側で実施されるように設定されるこ
とが望ましい。これは、NOxトラップ触媒の場合、リー
ン空燃比では吸蔵材が硝酸塩(もしくは酸化塩)の状態
になって安定しているので、リーン空燃比からリッチ空
燃比側への切り換えを極力高温側で実施することで、酸
素もしくはNOx の放出を阻止して安定状態を維持するこ
とができるからである。また、リッチ空燃比でのNOx 吸
蔵触媒は、吸蔵材が炭酸塩の状態になって安定している
ので、リッチ空燃比からリーン空燃比側への切り換えを
極力低温側で実施することで、炭酸塩の放出を阻止して
安定状態を維持することができるからである。
形態例を説明する。図示の実施形態例は、混合気の空燃
比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃焼室内に
燃料を直接噴射するようにした火花点火式の多気筒型筒
内噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図1には本
発明の一実施形態例に係る排気浄化装置を備えた内燃機
関の概略構成、図2には排気浄化装置による劣化抑制制
御のフローチャート、図3には吸蔵型NOx 触媒の劣化指
数の状況を表すグラフ、図4には三元触媒の劣化指数の
状況を表すグラフを示してある。
ば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列4気筒
ガソリンエンジン(筒内噴射エンジン)1が適用され
る。筒内噴射エンジン1は、例えば、燃焼モード(運転
モード)を切り換えることで、吸気行程での燃料噴射
(吸気行程噴射モード)または圧縮行程での燃料噴射
(圧縮行程噴射モード)が実施可能となっている。そし
て、この筒内噴射エンジン1は、理論空燃比(ストイ
キ)での運転やリッチ空燃比での運転(リッチ空燃比運
転)の他、リーン空燃比での運転(リーン空燃比運転)
が実現可能となっており、特に、圧縮行程噴射モードで
は、吸気行程でのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比
となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
シリンダヘッド2には各気筒毎に点火プラグ3が取り付
けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁4が取
り付けられている。燃焼室5内には燃料噴射弁4の噴射
口が開口し、燃料噴射弁4から噴射される燃料が燃焼室
5内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エン
ジン1のシリンダ6にはピストン7が上下方向に摺動自
在に支持され、ピストン7の頂面には半球状に窪んだキ
ャビティ8が形成されている。キャビティ8により、図
1では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっ
ている。
方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートと連通する
ようにして吸気マニホールド9の一端がそれぞれ接続さ
れている。吸気マニホールド9の他端にはドライブバイ
ワイヤ(DBW)方式の電動スロットル弁(ETV)2
1が接続され、ETV21にはスロットル開度θthを検
出するスロットルポジションセンサ22が設けられてい
る。また、筒内噴射エンジン1には、クランク角を検出
するクランク角センサ23が設けられ、クランク角セン
サ23はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。
水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートと連通
するようにして排気マニホールド10の一端がそれぞれ
接続されている。また、排気マニホールド10には図示
しないEGR装置が設けられている。一方、排気マニホ
ールド10には排気管11が接続され、排気管11には
筒内噴射エンジン1に隣接した小型の三元触媒32及び
排気浄化触媒装置13を介して図示しないマフラーが接
続されている。
態始動時に排ガスによって加熱して早期に活性化させる
と共に、排気空燃比がストイキ近傍のときに排ガス中の
有害物質(HC,CO,NOx )を浄化するものであり、貴金属
として白金(Pt)、ロジウム(Rh)等を有した触媒とな
っている。排気管11における三元触媒32と排気浄化
触媒装置13の間には、排気浄化触媒装置13の直上流
に位置して、即ち、後述するNOx トラップ触媒としての
吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒32の直上流に位置し
て排気温度を検出する高温センサ14,14aが設けら
れている。
ーン空燃比のときに排ガス中のNOxを吸蔵すると共に主
としてCOの存在する還元雰囲気中において吸蔵したNOx
を放出して窒素(N2)等に還元させる吸蔵・放出・還元
機能と、排気空燃比がストイキ近傍のときに排ガス中の
有害物質(HC,CO,NOx ) を浄化する還元機能とを有して
いる。つまり、排気浄化触媒装置13は、吸蔵・放出・
還元機能を持たせるための吸蔵型NOx 触媒33と、三元
機能を持たせるための三元触媒34とを備えた構成にな
っており、三元触媒34が吸蔵型NOx 触媒33の下流側
に配置されている。
(Pt)、ロジウム(Rh)等を有し吸蔵材としてバリウム
(Ba)等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用され
た触媒で構成されている。また、三元触媒34は、吸蔵
されたNOx が吸蔵型NOx 触媒33から放出された際に吸
蔵型NOx 触媒33自身で還元しきれなかったNOx を還元
する役目も果たしている。尚、排気浄化触媒装置13
は、吸蔵型NOx 触媒33がNOx を還元し、HCとCOを酸化
する三元触媒の機能(三元機能)を十分有している場合
には、吸蔵型NOx 触媒33だけで構成してもよい。
が設けられ、このECU31には、入出力装置、制御プ
ログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処
理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。EC
U31によって筒内噴射エンジン1を含めた本実施形態
の排気浄化装置の総合的な制御が実施される。各種セン
サ類の検出情報はECU31に入力され、ECU31は
各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、燃料噴射
弁4や点火プラグ3等を駆動制御する。
ド9から燃焼室5内に流入した吸気流が逆タンブル流を
形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル
流を利用しながら燃焼室5の頂部中央に配設された点火
プラグ3の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ3
から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。
点火プラグ3の近傍のみをストイキ又はリッチな空燃比
とすることで、安定した層状燃焼(層状超リーン燃焼)
を実現しながら燃料消費を抑制する。
る場合には、燃料噴射弁4からの燃料を吸気行程に噴射
することにより燃焼室5全体に均質化し、燃焼室5内を
ストイキやリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃
焼を行う。もちろん、ストイキもしくはリッチ空燃比の
方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、この際
にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタ
イミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るよ
うにしている。
ンサ22からのスロットル開度θthとクランク角センサ
23からのエンジン回転速度Neとに基づいてエンジン負
荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Peが求
められ、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速
度Neとに応じてマップ(図示せず)より燃料噴射モード
が設定される。例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回
転速度Neとが共に小さいときは、燃料噴射モードは圧縮
行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一
方、目標平均有効圧Peが大きくなり、あるいはエンジン
回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴
射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。そし
て、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから各燃
料噴射モードでの制御目標となる目標空燃比(目標A/
F)が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標A/F
に基づいて決定される。
14aにより検出された排気温度情報から触媒温度(三
元触媒32、吸蔵型NOx 触媒33、三元触媒34)が推
定される。詳しくは、高温センサ14と三元触媒32及
び排気浄化装置13とが多少なりとも離れて配置されて
いることに起因する誤差を補正するため、目標平均有効
圧Peとエンジン回転速度Neとの情報に応じて温度誤差マ
ップが予め実験等により設定されており、触媒温度は目
標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neが決まると一義的
に推定される。更に、運転状態により排ガス流量及び排
ガス成分の状況がマップにより設定されている。尚、排
ガス流量は図示しない吸気量センサの情報により推定す
ることも可能であり、排ガス成分は排ガスの状況を直接
検出するセンサを別途設けることも可能である。
三元触媒32では、筒内噴射エンジン1の冷態始動時に
排ガスによって加熱されて早期に活性化すると共に、排
気空燃比がストイキ近傍のときに排ガス中の有害物質
(HC,CO,NOx )を浄化する。
NOx 触媒33では、リーンモードにおける超リーン燃焼
運転のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のNOx が硝
酸塩として吸蔵されて排気の浄化が行なわれる。一方、
酸素濃度が低下した雰囲気では、吸蔵型NOx 触媒33に
吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成
されると共にNOx が放出される。従って、吸蔵型NOx 触
媒33へのNOx の吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化ある
いは追加の燃料噴射を行なう等して、吸蔵型NO x 触媒3
3からNOx を放出させて機能を維持する。
は、三元触媒32と同様に、排気空燃比がストイキ近傍
のときに排ガス中の有害物質(HC,CO,NOx )を浄化す
る。また、吸蔵型NOx 触媒33から吸蔵されたNOx が放
出された際に、吸蔵型NOx 触媒33自身だけでは還元し
きれなかったNOx を還元する。
は、排ガス温度、排ガス流量及び排ガス成分を最適に制
御して(運転状態を最適に切り換えて)、三元触媒3
2、吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒34の熱劣化を抑
制している。
が異なると共に、三元触媒は排ガスがリーン雰囲気にな
ったときに酸化して劣化する一方、吸蔵型NOx 触媒はス
トイキ雰囲気になってCOやTHC 等が少なくなったときに
吸蔵材が炭酸塩、硝酸塩(もしくは酸化塩)のいずれの
状態にもならず吸蔵材が不安定となり担体と結びついて
NOx を吸蔵することができなくなる(劣化)。特に、排
ガス流量が多い場合に、酸化が促進されて三元触媒の劣
化に対して悪影響を及ぼし、排ガス流量が少ない場合に
COやTHC 等が不足して吸蔵型NOx 触媒の劣化に対して悪
影響を及ぼしてしまう。つまり、吸蔵型NOx 触媒33と
三元触媒32(三元触媒34)とは排ガス流量に対する
劣化の特性が相反する。
ガス成分に対する吸蔵型NOx 触媒33と三元触媒32
(三元触媒34)の劣化指数をそれぞれ導出し(劣化指
数導出手段)、吸蔵型NOx 触媒33での排ガス温度、排
ガス流量及び排ガス成分に対する劣化指数により劣化指
標を求めると共に三元触媒32(三元触媒34)での排
ガス温度、排ガス流量及び排ガス成分に対する劣化指数
により劣化指標を求め、各劣化指標に基づいて運転領域
を最適に切り換えて劣化を抑制している。
標(劣化指数)がNOx 触媒用の所定値(第1所定値)を
越えたときにストイキでの筒内噴射エンジン1の運転を
禁止すると共に、三元触媒32(三元触媒34)の劣化
指標(劣化指数)が三元触媒用の所定値(第2所定値)
を越えたときにリーン空燃比での筒内噴射エンジン1の
運転を禁止するようにしている(空燃比制御手段)。こ
れにより、燃費の悪化を招くことなく、劣化の特性が相
反する吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒32(三元触媒
34)の熱劣化を抑制するようにしている。
気浄化装置における劣化抑制制御について説明する。
x 触媒33の劣化指数を図3に基づいて検出し、ステッ
プS2で三元触媒32の劣化指数を図4に基づいて検出
し、ステップS3で三元触媒34の劣化指数を図4に基
づいて検出する。つまり、図3に示すように、吸蔵型NO
x 触媒33における触媒温度に対する劣化指数1A、排ガ
ス流量に対する劣化指数1B、排ガス成分に対する劣化指
数1Cが設定されている。また、図4に示すように、三元
触媒32及び三元触媒34における触媒温度に対する劣
化指数2A、排ガス流量に対する劣化指数2B、排ガス成分
に対する劣化指数2Cが設定されている。
NOx 触媒33及び三元触媒32、34は触媒温度が高く
なるにしたがって劣化指数が悪化状態になる。図3(b)
、図4(b) に示すように、吸蔵型NOx 触媒33は排ガ
ス流量が少ない状態で劣化指数が悪化状態になる一方、
三元触媒32、34は排ガス流量が多くなる状態で劣化
指数が悪化状態になる。図3(c) 、図4(c) に示すよう
に、吸蔵型NOx 触媒33は排ガス成分のCO,H2,TCH,N
Ox ,O2 が少ない状態で劣化指数が悪化状態になる一
方、三元触媒32、34はO2,NO x が多くなる状態で劣
化指数が悪化状態になる。
数1A、劣化指数1B、劣化指数1Cが検出され、ステップS
2及びステップS3では、図4に基づいて劣化指数2A、
劣化指数2B、劣化指数2Cが検出される。それぞれの劣化
指数が検出されると、ステップS4で劣化指標1、2が
演算される。劣化指標1は劣化指数1A、劣化指数1B、劣
化指数1Cに基づいて演算される吸蔵型NOx 触媒33の劣
化の指標であり、劣化指標2は劣化指数2A、劣化指数2
B、劣化指数2Cに基づいて演算される三元触媒32、3
4の劣化の指標である。
化指数1B×劣化指数1C)または{劣化指数1A×(劣化指
数1B+劣化指数1C)}として演算される。また、劣化指
標2は劣化指標1と同様に、(劣化指数2A×劣化指数2B
×劣化指数2C)または{劣化指数2A×(劣化指数2B+劣
化指数2C)}として演算される。尚、触媒の性質等によ
り重み付けをして演算することも可能である。また、劣
化指標を演算する場合には、各劣化指数を少なくとも1
つ以上を用いればよい。
ると、即ち、吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒32、3
4の劣化のし易さが求められると、ステップS5で劣化
指標1が第1所定値を越えているか否かが判断される。
ステップS5で劣化指標1が第1所定値を越えていると
判断された場合、ステップS6でストイキフィードバッ
ク(ストイキF/B)運転が禁止される。即ち、高温で排ガ
ス流量が少なく排ガス成分のCO,H2,TCH,NOx ,O2 が少な
い状態の場合に、吸蔵型NOx 触媒33が劣化しやすい状
況にあると判断され、排ガス成分のCO,H2,TCH,NOx ,O2
が少ないストイキF/B が禁止されて吸蔵型NOx 触媒33
の劣化が抑制される。
た後、もしくは、ステップS5で劣化指標1がNOx 所定
値を越えていないと判断された場合、ステップS7で劣
化指標2が第2所定値を越えているか否かが判断され
る。ステップS7で劣化指標2が第2所定値を越えてい
ると判断された場合、ステップS8でリーン運転が禁止
される。高温で排ガス流量が多く排ガス成分のNOx ,O2
が多い場合に、三元触媒32、34が劣化しやすい状況
にあると判断され、NOx ,O2 が多いリーン運転が禁止さ
れて三元触媒32、34の劣化が抑制される。
つ劣化指標2が第2所定値を越えている場合には、両方
の触媒の劣化を抑制するために、ストイキF/B 及びリー
ンが禁止されてリッチ運転状態とされる。また、劣化指
標1が第1所定値を越え劣化指標2が第2所定値を越え
てていない場合には、吸蔵型NOx 触媒33の劣化を抑制
するために、ストイキF/B だけが禁止されてリーン運転
もしくはリッチ運転が可能な状態とされる。また、劣化
指標1が第1所定値を越えておらず劣化指標2が第2所
定値を越えている場合には、リーン運転だけが禁止され
てストイキF/Bもしくはリッチ運転が可能な状態とさ
れ、劣化指標1が第1所定値を越えておらず且つ劣化指
標2が第2所定値を越えていない場合には、ストイキF/
B 及びリーンは禁止されず、ストイキF/B 、リーン運転
及びリッチ運転の全てが可能な状態とされる。
TCH,NOx ,O2 を増量させたり、触媒を冷却して温度を低
下させたり、排ガス流量を増加させる手段を併用するこ
とも可能である。この場合、第1所定値を別設定にして
もよい。また、リーン運転を禁止する際に、NOx ,O2 を
減少させたり、触媒を冷却して温度を低下させたり、排
ガス流量を減少させる手段を併用することも可能であ
る。この場合、第2所定値を別設定にしてもよい。
触媒温度や排ガス流量や排ガス成分に起因する劣化指数
が高く劣化しやすくなっている側の触媒の劣化を抑制す
る状態に運転状態が制御されて優先的に劣化が抑制され
ると共に、劣化指標1、2両方が高い、即ち、触媒温度
や排ガス流量や排ガス成分に起因する劣化指数が高く共
に劣化しやすくなっている場合は吸蔵型NOx 触媒33及
び三元触媒32、34の劣化を抑制するようにリーン及
びストイキでの運転が禁止されるようになっている。こ
のため、リッチ運転のみに運転領域が制限されるのは吸
蔵型NOx 触媒33及び三元触媒32,34が共に劣化し
やすくなっている場合のみとなり、燃費の悪化を抑えて
劣化特性が異なる吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒3
2、34の両者の劣化を効率よく抑制することができ
る。
の実施形態例を説明する。本実施形態例の劣化抑制制御
は、触媒の温度と排ガス流量(吸気流量)とで定まる吸
蔵型NOx 触媒33の劣化指数及び三元触媒32、34の
劣化指数に応じて定まる筒内噴射エンジン1の運転領域
を触媒温度と排ガス流量とをパラメータとしてマップ化
(運転領域設定手段)したもので、マップに従い劣化を
抑制する状態の運転領域となるように運転を行なって三
元触媒32、吸蔵型NOx 触媒33及び三元触媒34の熱
劣化を抑制するようにしたものである。
表す触媒温度と吸気流量との関係のマップ、図6には三
元触媒32、34の運転領域を表す触媒温度と吸気流量
との関係のマップを示してある。
33及び三元触媒32、34のそれぞれにおいて、触媒
温度と吸気流量との関係で劣化が抑制される運転領域が
設定されている。即ち、所定温度T℃以上で触媒温度と
吸気流量とに基づいて運転領域が高温側から順にAゾー
ン、Bゾーン、Cゾーン及びDゾーンに分けられてい
る。尚、各ゾーンの境界における実線は低温側から高温
側にゾーンを切り換えるときの境界で、点線は高温側か
ら低温側にゾーンを切り換えるときの境界となってお
り、ヒステリシスが設けられた状態になっている。
くオープンループモードのゾーンとなっている。但し、
A/Fは所定値(例えば13)以下になっている。Bゾ
ーンはストイキF/B +リッチシフトによりストイキより
ややリッチな空燃比を達成するゾーンとなっており、F/
B ゲインは通常のストイキF/B とは別設定される。Cゾ
ーンはリーン空燃比で、定常時はリーンモードとなるゾ
ーンとなっている。但し、目標A/F<所定値(ストイ
キF/B +リッチシフトも含む)が30秒以上経過した後
に突入した場合は上述の、ストイキF/B +リッチシフト
を所定時間(例えば5秒間)実行させた後にリーンモー
ドとして触媒の昇温が防止される。また、この領域での
加速時は、上述のストイキF/B +リッチシフトが実行さ
れ、F/Bゲインは別設定される。Dゾーンは高負荷オー
プンループモード禁止のゾーンとなっている。但し、図
7に示すように、判定A/Fが規定A/F(例えば1
3.8)以下では、オープンループモードとし目標A/
Fを判定A/F以下とする。始動モード、フェールモー
ド、燃料カットモードは除く。このため、Aゾーンに比
べてBゾーンが、Bゾーンに比べてCゾーンの方が燃費
は向上し、Dゾーンはドライバビリティを犠牲にしない
範囲内で燃費を抑制できる。
ン1の運転領域を4つの運転領域に設定しているが、4
つ以上の運転領域に設定することも可能であり、また、
ストイキ空燃比の領域を設定することも可能である。更
に、所定温度T℃以上で触媒の劣化抑制のための運転領
域を設定しているが、低温域を含む全ての温度領域で劣
化抑制のための運転領域を設定することも可能である。
媒33が劣化しやすいため、高い触媒温度までリーンモ
ードを実施し(Cゾーンの領域を広くし)、吸蔵型NOx
触媒33の劣化を抑制する。吸気流量が多い場合には、
三元触媒32、34が劣化しやすいため、触媒温度が高
くならないうちにリッチ側のモードであるBゾーンの非
リーンモードを実施し、三元触媒32、34の劣化を抑
制する。各触媒温度から求めたゾーンに対し、図5及び
図6で選択されるゾーンが異なった場合、Aゾーン、B
ゾーン、Cゾーン、Dゾーンの順に優先される(例え
ば、図5ではBゾーンが選択され図6ではCゾーンが選
択された場合、Bゾーンが優先される)。
Aゾーン、Bゾーン、Cゾーン、Dゾーンに運転領域を
設定し、触媒温度と吸気流量(排ガス流量)とに基づい
てゾーンを選択することで、劣化しやすい触媒の劣化が
優先的に抑制される状態の運転領域が選択され、燃費の
悪化を抑えて吸蔵型NOx 触媒33と三元触媒32、34
の両者の劣化が効率よく抑制される。
ーンの境界において、高温側から低温側のBゾーンから
Cゾーンに切り換える時(点線)、吸気流量が少ない領
域で低温側に点線が傾いている。これは、Bゾーンにお
ける吸蔵型NOx 触媒33はリッチ運転のために炭酸塩に
なっており、排ガス流量が少ないので、低温側でリーン
にしても新たなCO,O2,Noが少ない状態になっている。こ
のため、すぐにリーンに切り換えると炭酸塩を放出して
しまうので、なるべく低温側までリッチ状態を維持して
炭酸塩の放出を抑え劣化を抑制するためである。
て、低温側から高温側のCゾーンからBゾーンに切り換
える時(実線)、吸気流量が少ない領域で高温側に実線
が傾いている。これは、Cゾーンにおける吸蔵型NOx 触
媒33はリーン運転のために硝酸塩になっており、排ガ
ス流量が少ない。このため、すぐにリッチに切り換える
とO2を放出してしまうので、なるべく低温側までリッチ
状態である安定状態を維持して劣化を抑制するためであ
る。
媒32と排気浄化装置13とを別々に設けたが、1つの
触媒装置の中に三元触媒32、吸蔵型NOx 触媒33、三
元触媒34を設けるようにしてもよい。また、吸蔵型NO
x 触媒33に三元機能を持たせて一体型としてもよい。
また、内燃機関として筒内噴射エンジン1を例に挙げて
説明したが、排気浄化用の三元触媒(三元機能)と排ガ
ス中の窒素酸化物を吸蔵する吸蔵型NOx 触媒を有するも
のであれば、吸気管噴射型のリーンバーンエンジンに本
発明を適用することも可能である。
場合、NOx 選択還元型触媒は三元触媒と類似した劣化特
性を示すため、三元触媒と同じ傾向の劣化指数やマップ
を使用すればよい。また、触媒温度に相関するパラメー
タ値として、実施形態例では触媒温度と排気温度から推
定するものとしたが、触媒温度を実測してもよいし、排
気温度検出値を直接または補正して使用するものとして
もよい。更に、NOx トラップ触媒として、リーン雰囲気
でNOx を吸蔵してリッチまたはストイキ雰囲気で吸蔵し
ているNOx を放出還元する吸蔵型NOx 触媒を例に挙げて
説明したが、リーン雰囲気でNOx を吸蔵しリッチまたは
ストイキ雰囲気で吸蔵しているNOx を直接還元するNOx
トラップ触媒を使用してもよい。
装置は、内燃機関の運転状態や排ガス量に基づいて三元
触媒の劣化指数及びNOx トラップ触媒の劣化指数を導出
し、三元触媒の劣化指数が三元触媒用の所定値を越えた
ときにリーン空燃比での内燃機関の運転を禁止すると共
にNOx トラップ触媒の劣化指数がNOx トラップ触媒用の
所定値を越えたときに理論空燃比での内燃機関の運転を
禁止するようにしたので、劣化しやすい側の触媒の劣化
が優先的に抑制されると共に、両方の劣化指数が高くな
ったときにリーン空燃比及び理論空燃比での内燃機関の
運転が禁止される。この結果、燃費の悪化を抑えて三元
触媒とNOx トラップ触媒の両者の劣化を効率よく抑制す
ることが可能となる。
置は、触媒の温度と排ガス流量とに応じて内燃機関のリ
ーン空燃比運転領域及びリッチ運転領域を設定するよう
にしたもので、触媒の劣化特性に合わせて温度及び排ガ
ス流量に応じて適切な運転領域が選択される。この結
果、燃費の悪化を抑えて三元触媒とNOx トラップ触媒の
両者の劣化を効率よく抑制することが可能となる。
えた内燃機関の概略構成図。
ート。
フ。
気流量との関係のマップ。
との関係のマップ。
Claims (2)
- 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
化用の三元触媒と、前記排気通路に設けられ排ガス中の
窒素酸化物をトラップするNOx トラップ触媒と、前記三
元触媒の劣化指数及び前記NOx トラップ触媒の劣化指数
を導出する劣化指数導出手段と、前記三元触媒の劣化指
数が三元触媒用の所定値を越えたときにリーン空燃比で
の前記内燃機関の運転を禁止すると共に前記NOx トラッ
プ触媒の劣化指数がNOx トラップ触媒用の所定値を越え
たときに理論空燃比での前記内燃機関の運転を禁止する
空燃比制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。 - 【請求項2】 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
化用の三元触媒と、前記排気通路に設けられ排ガス中の
窒素酸化物をトラップするNOx トラップ触媒と、触媒の
温度に相関するパラメータ値と排ガス流量に相関するパ
ラメータ値とに応じて前記内燃機関のリーン空燃比運転
領域及びリッチ運転領域を設定する運転領域設定手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30520499A JP3721894B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30520499A JP3721894B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001123826A true JP2001123826A (ja) | 2001-05-08 |
JP3721894B2 JP3721894B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=17942313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30520499A Expired - Fee Related JP3721894B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3721894B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006214320A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
JP2010031762A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | 排ガス浄化装置の劣化判定装置 |
DE102017109955A1 (de) | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor mit interner Verbrennung |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30520499A patent/JP3721894B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006214320A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
JP2010031762A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | 排ガス浄化装置の劣化判定装置 |
DE102017109955A1 (de) | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor mit interner Verbrennung |
US10323558B2 (en) | 2016-05-18 | 2019-06-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine |
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---|---|
JP3721894B2 (ja) | 2005-11-30 |
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