JP2002235585A - 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
リッチ燃焼により還元・放出させる内燃機関の排気浄化
装置において、酸素貯蔵能力を有する触媒に貯蔵される
酸素を素早く消費させ、吸蔵されているNOxをトルク
変動が生じないように還元・放出させることを目的とす
る。 【解決手段】 ステップ111にて、A/Fセンサ26
により検出される空燃比がリッチか否かを判定する。こ
のとき空燃比がリッチであると判定されると、三元触媒
13内の酸素が消費され始めているので目標空燃比をス
テップ116にて素早く酸素を消費するように設定す
る。また、三元触媒13に貯蔵されている酸素がすべて
消費されたと判定されると、徐々に空燃比を目標空燃比
に追従させる制御を行う。このように目標空燃比を設定
するので、三元触媒13に貯蔵される酸素を素早く消費
することができる。
Description
のリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置に係
わり、リーン燃焼時に発生する窒素酸化物(NOx)を
浄化するためのNOx吸蔵型触媒を有する内燃機関の空
燃比制御装置に関するものである。
の低減を目的として理論空然比よりも燃料比の低い空燃
比領域で内燃機関を燃焼させるいわゆるリーンバーン制
御が多様化されつつある。
燃焼を行う場合にNOxが多量に発生することが問題と
なる。リーンバーン制御においては、このNOxを排出
することを防止するための触媒としてNOxを吸蔵・吸
着する機能を持つNOx触媒が配設される。しかし、N
Ox触媒はNOxの吸蔵量が増加してくるとNOx浄化
率が低下するためにNOx触媒に吸蔵・吸着されるNO
x量が所定値を越えると、リッチ空燃比での燃焼を行い
NOx触媒に吸蔵・吸着されたNOxを還元・放出させ
ている。
として我々は、特開平12―018062号公報にて、
燃焼による空燃比をリーン領域とリッチ領域とで切り換
えることにより、NOx触媒に吸蔵されるNOxを還元
・放出している。
燃焼によりNOx触媒に供給される排出ガス成分が、直
前に行われていたリーン燃焼の状態により変化する。よ
り具体的には、直前に行われていたリーン燃焼のリーン
度合により三元触媒に貯蔵される酸素量(以下、酸素ス
トレージと記す。)が変化し、NOx触媒に吸蔵・吸着
されているNOx量を浄化するためのリッチ燃焼成分が
この酸素ストレージによって吸収される。このため、N
Ox触媒にリッチ燃焼成分が供給されず、速やかにNO
x触媒に吸蔵・吸着されているNOxを還元・放出する
ことができず、リッチ制御時間が長くなる虞がある。
ものであり、ストレージされている酸素を素早く消費
し、速やかなリッチ制御を実施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。
空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リ
ーン燃焼時に排出される排ガス中のNOxをリーンNO
x触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御
するリッチ燃焼にて前記吸蔵したNOxをリーンNOx
触媒から放出するようにした内燃機関の排気浄化装置に
おいて、前記リーンNOx触媒の上流側に配設される酸
素貯蔵能力を有する触媒と、前記酸素貯蔵能力を有する
触媒の上流側に配設され、排気通路中の空燃比を検出す
る空燃比センサと、前記NOx触媒に吸蔵されるNOx
量に基づいて前記リッチ燃焼と前記リーン燃焼とを切り
換える際の単位時間当たりの空燃比変化量を変更する空
燃比変化量設定手段とを備え、前記空燃比変化量設定手
段は、前記空燃比センサにより検出される空燃比に基づ
いて単位時間当たりの空燃比変化量を変更する。
される内燃機関の空燃比に基づいて、リッチ燃焼の制御
空燃比の変化量を変更できるので、すみやかに貯蔵され
ている酸素を消費することができ、NOx触媒に速やか
にリッチ燃焼成分を供給することができる。よって、吸
蔵されているNOxを素早く消費することができ、リッ
チ制御時間を短くすることができる。
の内燃機関の排気浄化装置において、前記酸素貯蔵能力
を有する触媒、および/または前記NOx触媒に貯蔵さ
れる酸素量を推定する酸素量推定手段を備え、前記空燃
比変化量設定手段は、前記酸素量推定手段により推定さ
れる酸素量に基づいて単位時間当たりの空燃比変化量を
変更する。
能力を有する触媒に貯蔵された酸素量を推定することが
できるので、空燃比センサによって検出される空燃比が
前記触媒の酸素を消費するための空燃比であることが検
出されてから消費されるまでの空燃比変化量を大きく設
定することができる。すなわち、前記触媒に貯蔵されて
いる酸素を素早く消費することができるので、NOx触
媒に貯蔵されているNOxを素早く消費することができ
る。よって、リッチ制御時間を短くすることができる。
触媒に用いられる金属(Pt/Rh/Pd+CeO2)
にNOxを吸着するための金属としてNa,もしくはB
aが胆持されている場合には、このNOx触媒にも酸素
を吸蔵する能力があるので、NOx触媒に吸蔵される酸
素量も推定して、上記のような空燃比変化量の変更制御
を行っても良い。
の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒の上流側
に配設され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
センサを備え、前記切換手段は、前記空燃比センサと前
記酸素濃度センサにより前記触媒、および/または、前
記NOx触媒に貯蔵されている酸素の状態を検出すると
共に、該推定された酸素量に基づいて単位時間当たりの
空燃比変化量を変更する。
素濃度センサが、酸素貯蔵能力を有する触媒に貯蔵され
ている酸素の状態を精度良く検出することができる。請
求項1または請求項2の発明では、例えば、リーン燃焼
時のリーン度合などにより貯蔵される酸素量を推定して
いたが、本発明によれば、貯蔵されている酸素が消費さ
れはじめたことを検出することができるのと共に、貯蔵
されている酸素が消費されたことを検出することができ
る。このときに単位時間当たりの空燃比変化量を変更し
てやることで、貯蔵されている酸素を速やかに消費する
ことができる。
消費されはじめたことは、前記酸素濃度センサにより検
出される空燃比が理論空燃比付近に保持されることを検
出すれば良い。これは、リッチ燃焼により前記触媒にH
C,COなどの成分が前記触媒に提供されても、前記触
媒に貯蔵される酸素と反応することにより前記触媒後の
空燃比が理論空燃比近傍に保持されることに基づいてい
る。また、貯蔵されている酸素が消費されてしまうと、
リッチ燃焼のHC,COなどの成分が前記触媒後に排出
されるため、酸素濃度センサにより検出される空燃比が
リッチになる。これを検出してやることで、貯蔵されて
いる酸素が消費されたことを検出することができる。
具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
本実施の形態における空燃比制御システムでは、内燃機
関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリ
ーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼
を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同
システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の
途中には三元触媒とNOx吸蔵還元型触媒(以下、NO
x触媒という)とが設けられ、三元触媒上流には限界電
流式の空燃比センサ(A/Fセンサ)が配設される。そ
して、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置
(以下、ECUという)は、A/Fセンサによる検出結
果を取り込み、その検出結果に基づいて空燃比をフィー
ドバック制御する。以下に、図面を用いてその詳細な構
成を説明する。
システムの概略構成図である。図1に示されるように、
内燃機関は4気筒4サイクルの火花点火式エンジン(以
下、エンジン1という)として構成されている。その吸
入空気は上流よりエアクリーナ2、吸気管3、スロット
ル弁4、サージタンク5及びインテークマニホールド6
を通過して、インテークマニホールド6内で各気筒毎の
燃料噴射弁7から噴射された燃料と混合される。そし
て、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
グ8には、点火回路9から供給される高電圧がディスト
リビュータ10を介して分配供給され、点火プラグ8は
前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼
後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニ
ホールド11及び排気管12を経て、排ガス中のHC,
CO,NOxの三成分を浄化するための三元触媒13
と、排ガス中のNOxを浄化するためのNOx触媒14
とを通過した後、大気に排出される。
燃比での燃焼時においてNOxを吸蔵し、リッチ空燃比
での燃焼時において前記吸蔵したNOxをリッチ成分
(CO,HCなど)で還元し放出する。また、三元触媒
13は、NOx触媒14に比べてその容量が小さく、エ
ンジン1の低温始動後において早期に活性化されて有害
ガスを浄化する、いわゆるスタートキャタリストとして
の役割を持つ。
気圧センサ22が設けられ、吸気温センサ21は吸入空
気の温度(吸気温Tam)を、吸気圧センサ22はスロ
ットル弁4の下流側の吸気管内負圧(吸気圧PM)をそ
れぞれ検出する。前記スロットル弁4には同弁4の開度
(スロットル開度TH)を検出するためのスロットルセ
ンサ23が設けられ、このスロットルセンサ23はスロ
ットル開度THに応じたアナログ信号を出力する。スロ
ットルセンサ23はアイドルスイッチをも内蔵してお
り、スロットル弁4が略全閉である旨の検出信号を出力
する。
ンサ24が設けられ、この水温センサ24はエンジン1
内を循環する冷却水の温度(冷却水温Thw)を検出す
る。前記ディストリビュータ10にはエンジン1の回転
速度(エンジン回転速度Ne)を検出するための回転速
度センサ25が設けられ、この回転速度センサ25はエ
ンジン1の2回転、すなわち720°CA毎に等間隔で
24個のパルス信号を出力する。
13の上流側には、限界電流式のA/Fセンサ26が配
設されており、同センサ26はエンジン1から排出され
る排ガスの酸素濃度(或いは、未燃ガス中のCO濃度)
に比例して広域で且つリニアな空燃比信号(AF)を出
力する。なお、A/Fセンサ26は、素子部(固体電解
質及び拡散抵抗層)の活性化を図るためのヒータ47を
備える。A/Fセンサ26としては、断面コップ状に形
成された素子部を有するコップ型センサや、或いは板状
の素子部とヒータ47とが積層されてなる積層型センサ
が適用できる。
RAM33、バックアップRAM34等を中心に論理演
算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力
する入力ポート35及び各アクチュエータ等に制御信号
を出力する出力ポート36に対しバス37を介して接続
されている。ECU30は、前記した各種センサの検出
信号(吸気温Tam、吸気圧PM、スロットル開度T
H、冷却水温Thw、エンジン回転数Ne、空燃比信号
等)を入力ポート35を介して入力する。
量TAU、点火時期Ig等の制御信号を算出し、さらに
それら制御信号を出力ポート36を介して燃料噴射弁7
及び点火回路9等にそれぞれ出力する。また、CPU3
1は、A/Fセンサ26のヒータ通電量をデューティ制
御して同センサ26を活性状態で維持する。本実施の形
態では、A/Fセンサ26のヒータ47に対して必要な
電力量を供給し、当該センサ26の素子温を活性温度域
で保持するようにしている。
ステムの作用を説明する。図2から図6は、CPU31
により実行される空燃比制御ルーチンを示すフローチャ
ートであり、同ルーチンは各気筒の燃料噴射毎(本実施
の形態では180°CA毎)に実行される。図2のルー
チンでは、A/Fセンサ26の検出結果に基づき、理論
空燃比よりもリーン側の空燃比域で空燃比のフィードバ
ック制御が実施され、その空燃比リーン制御の途中に一
時的に空燃比リッチ制御が実施されるようになってい
る。
PU31は、先ず図2のステップ101で空燃比リッチ
制御が実施されていることを表すリッチ制御フラグXR
EXが「0」であるか否かを判別する。ここで、XRE
X=0はリッチ制御が実施されていない、すなわちリー
ン制御が実施されていることを表し、XREX=1はリ
ッチ制御が実施されていることを表す。なお、IGキー
のON操作時(電源投入時)には、初期化処理により同
フラグXREXが「0」にクリアされるようになってい
る。
プ102に進み、排ガス中に含まれるNOx量NOMO
L(モル)を推定する。NOMOL値の推定に際し、例
えば図10(a)のマップを用いてその時々のエンジン
回転数Neと吸気圧PMとに応じたNOx基本量を求め
ると共に、図10(b)の関係を用いてその時々の空燃
比に応じたA/F補正値を求める。そして、NOx基本
量とA/F補正値とを乗算してその積をNOx量NOM
OLとする(NOMOL=NOx基本量・A/F補正
値)。
Neが高いほど、或いは吸気圧PMが大きいほどNOx
基本量が大きな値に設定される。また、図10(b)で
は理論空燃比(λ=1)でA/F補正値=1.0が設定
され、それよりもリーン側では「1.0」以上のA/F
補正値が設定される。但し、空燃比がある程度よりもリ
ーン側(例えばA/F>16)では燃焼温度が下がるた
めにそれ以上の増加側の補正が不要となり、A/F補正
値は所定の値に収束する。
NOx積算量NOMOLADを算出する。このとき、前
記ステップ102で算出したNOMOL値をNOMOL
AD値の前回値に加算し、その和をNOMOLAD値の
今回値とする(NOMOLAD=NOMOLAD+NO
MOL)。
前記算出したNOx積算値NOMOLADが所定の判定
値NOMOLSDを越えたか否かを判別する。判定値N
OMOLSDは固定値でもよいし、例えば図11の関係
を用い、NOx触媒14のNOx吸蔵能力に応じて可変
に設定してもよい。なお、NOx吸蔵能力とはNOx触
媒14の劣化度合に相応し、NOx吸蔵能力が高いほ
ど、NOx触媒14の劣化度合が小さいことを意味す
る。
(ステップ104がNO)、CPU31はステップ10
5に進む。CPU31は、ステップ105で目標空燃比
AFTGの設定処理を行い、続くステップ106で前記
AFTG値に基づいて燃料噴射量TAUを算出する。こ
の場合、目標空燃比AFTGと実空燃比AF(A/Fセ
ンサ27の検出値)との偏差に応じた空燃比補正係数
や、その他の各種補正係数により基本噴射量が補正さ
れ、それにより燃料噴射量TAUが算出される。そし
て、燃料噴射量TAUに基づいて燃料噴射弁7の駆動が
制御される。つまり、ステップ104がNOの場合には
それまでの空燃比リーン制御が継続して実施される。
図6に示すAFTG=AFleanのフローチャートに
従って説明する。本フローチャートでは、リッチ制御か
らリーン制御に切り換わる際に、空燃比が急変すること
によって生じるトルクの急変を防止することと、NOx
が多量に発生する空燃比領域を速やかに通過させること
でNOxが多量に発生することを防止することとの2つ
を目的としている。そこで、NOxが多量に抑制し、か
つトルク変動を抑制させるように目標空燃比AFTGを
最終目標空燃比に徐々に追従させるように制御する。
て最終目標空燃比が設定される。本フローチャートで
は、最終目標空燃比は運転状態に応じたリーン空燃比が
設定されても良いし、固定値として空燃比「1.5」を
設定しても良い。そして、ステップ502にて、前回の
目標空燃比AFTGに所定値κを加えてステップ503
へ進む。所定値κは、トルクが急変することを抑制する
ことができ、NOxが多量に発生することを抑制できる
程度の値に設定される。また、所定値κは空燃比領域に
応じて可変に設定されても良く、空燃比がリーンなとき
はトルク変動が生じ易いので所定値κを小さな値に設定
し、NOxが多量に発生する空燃比16〜18では、速
やかに前記空燃比領域を通過するように所定値κを大き
く設定しても良い。
比に到達したときのガード処理をステップ503とステ
ップ504とで説明する。ステップ504では、今回の
目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達したか否か
が判定される。ここで、到達していないと判定される
と、そのまま、本ルーチンを終了する。また、ステップ
503にて目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達
したと判定されると、ステップ504に進み、目標空燃
比AFTGに最終目標空燃比が設定され、本ルーチンを
終了する。このように制御することで、リッチ制御から
リーン制御に切り換わる際に、トルク変動によるドラビ
リの悪化を抑制し、さらに、NOxが多量に発生するこ
とを抑制することができる。
燃焼を行っていると、NOx触媒14に吸蔵されるNO
x積算量NOMOLADが次第に大きくなる。NOx触
媒は、NOx吸蔵量が増加していくと浄化率が低下す
る。そこで、浄化率が低下する前のNOx吸蔵量に達す
るとNOxを還元・放出するためにリッチ制御に切り換
える。より詳細には、NOMOLAD>NOMOLSD
となると(ステップ104がYES)、CPU31はス
テップ107でリッチ制御フラグXREXに「1」をセ
ットする。また、CPU31は、続くステップ108で
NOx積算量NOMOLADに対応する基準リッチ面積
DRAFNDを算出する。ここで、基準リッチ面積DR
AFNDは、NOx触媒14に吸蔵された全NOxを還
元・放出するのに必要なリッチ制御量に相当し、例えば
図12の関係を用いてNOx積算量NOMOLADと吸
気圧PMとに応じて求められる。図12では、吸気圧P
Mが小さい状態でNOx積算量NOMOLADが大きい
ほど、基準リッチ面積DRAFNDが大きな値に設定さ
れる。
ラメータとして用いたが、このパラメータ(PM)を外
したり、或いはこのパラメータ(PM)をエンジン回転
数Neや吸入空気量などのパラメータに変更してもよ
い。
3に貯蔵される酸素量を算出し、この貯蔵されている酸
素量を放出するための基準リッチ面積DRAFO2を算
出する。その後、CPU31は、ステップ109で目標
空燃比AFTGを設定し、ステップ106にて、目標空
燃比AFTGに応じた燃料噴射時間TAUを算出し、本
ルーチンを終了する。ステップ110の目標空燃比AF
TGの設定処理は、リッチ制御が開始されてから、A/
Fセンサ26にて検出される実空燃比AFがリッチ、若
しくは所定値になるまで繰り返される処理である。所定
値としては、三元触媒14に貯蔵されている酸素がリッ
チ成分によって消費される直前の空燃比を検出するのが
好ましく、酸素を消費する要素として、HC、CO濃度
が大きくなる直前の空燃比が良い。
ャートを用いて目標空燃比AFTGの設定処理を説明す
る。この処理は、リッチ制御に切り換えられてからA/
Fセンサ26に検出される空燃比が三元触媒13に貯蔵
されている酸素を消費する空燃比であることが検出され
るまで図2のステップ110の処理が繰り返し行われる
ものである。
して運転状態に応じてリッチ空燃比が設定される。この
最終目標空燃比としては、固定値として理論空燃比に設
定しても良い。そして、ステップ202にて、前回の目
標空燃比AFTGから所定値αを減算して、今回の目標
空燃比AFTGを設定する。所定値αは、トルクが急変
せず、NOxが多量に発生しない程度の値に設定され
る。また、所定値αは空燃比領域に応じて可変に設定さ
れても良く、空燃比がリーンなときはトルク変動が生じ
易いので所定値αを小さな値に設定し、NOxが多量に
発生する空燃比16〜18では、速やかに前記空燃比領
域を通過するように所定値αを大きく設定しても良い。
比に到達したときのガード処理をステップ203とステ
ップ204とで説明する。ステップ204では、今回の
目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達したか否か
が判定される。ここで、到達していないと判定される
と、そのまま、本ルーチンを終了する。また、ステップ
203にて目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達
したと判定されると、ステップ204に進み。目標空燃
比AFTGに最終目標空燃比が設定され、本ルーチンを
終了する。このようにして設定される目標空燃比AFT
Gの設定が行われると、続くステップ106で前記AF
TG値に基づいて燃料噴射量TAUを算出する。
1を否定判別して図2のステップ111に進み、A/F
センサ26により検出される実空燃比AFがリッチか否
かが判定されて、実空燃比AFがリッチであると判定さ
れるまで繰り返し行われる。
実空燃比AFがリッチになったと判定されると、ステッ
プ112へ進む。ステップ112では、空燃比基準値A
FSD(例えば、理論空燃比)からA/Fセンサ26に
より検出される実空燃比AFを減算してその差をリッチ
偏差DRAFとする(DRAF=AFSD−AF)。そ
して、CPU31はステップ112に進み、実リッチ面
積DRAFADを算出する。このとき、前記ステップ1
10で算出したDRAF値をDRAFAD値の前回値に
加算し、その和をDRAFAD値の今回値と(DRAF
AD=DRAFAD+DRAF)して、ステップ114
へ進む。
FADが三元触媒14に貯蔵される酸素量を消費するの
に必要な基準リッチ面積DRAFO2よりも大きいか否
かが判定される。ここで、実リッチ面積DRAFADが
実リッチ面積DRAFO2よりも大きいと判定される
と、ステップ115に進み、目標空燃比設定処理を行っ
てステップ117へ進む。また、ステップ114にて実
リッチ面積DRAFADが基準リッチ面積DRAFO2
よりも小さいと判定されると、ステップ116へ進み、
目標空燃比設定処理を行ってステップ117へ進む。
積DRAFO2より小さいときは、三元触媒14に供給
されたリッチ成分が三元触媒14に貯蔵されている酸素
を消費することに使用されているため、NOx触媒15
にはリッチ成分が供給されていない。そこで、この三元
触媒14に貯蔵されている酸素を素早く消費させるため
に、ステップ105の目標空燃比設定処理を行う。ステ
ップ105の処理では、空燃比を素早くリッチに切り換
えることにより、三元触媒14に貯蔵されている酸素を
素早く消費させる。
ーチャートを用いて詳細を説明すると、ステップ301
にて運転状態に応じた最終目標空燃比が設定され、ステ
ップ302へ進む。最終目標空燃比としては、固定値で
も良く、たとえば空燃比「0.75」としても良い。ス
テップ302では、前回の目標空燃比AFTGから所定
値βを減じることにより今回の目標空燃比を算出する。
所定値βは、三元触媒14に貯蔵されている酸素を素早
く消費するために設定される値であるため、前述した所
定値α、所定値κ、後述する所定値γに比して大きな値
が設定される。
燃比に到達したか否かが判定される。目標空燃比AFT
Gが最終目標空燃比に到達していなければ、そのまま本
ルーチンを終了する。一方、最終目標空燃比に到達して
いれば、ステップ304に進み、目標空燃比AFTGに
最終目標空燃比を設定し、本ルーチンを終了する。この
ようにして、図2のステップ115にて、目標空燃比A
FTGを設定することで三元触媒14に貯蔵されている
酸素を素早く消費することができる。
DRAFAD三元触媒14に貯蔵された酸素量に対する
基準リッチ面積DRAFO2よりも大きい場合、すなわ
ち、三元触媒14に貯蔵されている酸素がすべて消費さ
れた場合、ステップ116へ進む。ステップ116で
は、三元触媒14に貯蔵されている酸素がすべて消費さ
れているので、A/Fセンサ26により検出される実空
燃比AFから基準空燃比AFSDを差し引いたリッチ成
分がNOx触媒に吸蔵されているNOxを還元・放出す
るために使用される。そこで、ステップ116のサブル
ーチンとして、図5のフローチャートでは、目標空燃比
AFTGをトルク変動を抑制し、NOxの発生を低減で
きるように設定する。空燃比がリッチな場合、リーンな
場合に比してトルク変動が生じない。そこで、前回の目
標空燃比AFTGに加える所定値γを前述の所定値βよ
りも大きな値に設定することができる。
ャートを以下に説明する。まず、ステップ401にて最
終目標空燃比を設定する。この最終目標空燃比として運
転状態に応じてリッチ空燃比が設定される。この最終目
標空燃比としては、固定値として「0.75」に設定し
ても良い。そして、ステップ502にて、前回の目標空
燃比AFTGから所定値γを減算して、今回の目標空燃
比AFTGを設定する。所定値γは、トルクが急変せ
ず、NOxが多量に発生しない程度の値に設定される。
比に到達したときのガード処理をステップ503とステ
ップ504とで説明する。ステップ504では、今回の
目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達したか否か
が判定される。ここで、到達していないと判定される
と、そのまま、本ルーチンを終了する。また、ステップ
503にて目標空燃比AFTGが最終目標空燃比に到達
したと判定されると、ステップ504に進み。目標空燃
比AFTGに最終目標空燃比が設定され、本ルーチンを
終了する。このようにして設定される目標空燃比AFT
Gの設定が行われると、続くステップ117にて、図2
のステップ113で前記算出した実リッチ面積DRAF
ADが基準リッチ面積DRAFND(前記ステップ10
8の算出値)に酸素貯蔵量に対する基準リッチ面積(前
記ステップ109の算出値)を加算した値を越えたか否
かを判別する。DRAFAD≦DRAFND+DRAF
O2の場合(ステップ117がNO)、CPU31は前
記図2のステップ106の処理によりそれまでの空燃比
リッチ制御を継続する。
AFO2の場合(ステップ117がYES)、CPU3
1はステップ118に進み、リッチ制御フラグXRE
X、NOx積算量NOMOLAD及び実リッチ面積DR
AFADを全て「0」にクリアする。そしてその後、C
PU31は前記図2のステップ106に進む。これによ
り、ステップ117がYESの場合には、それまでの空
燃比リッチ制御が終了され、空燃比リーン制御が再開さ
れる。
タイムチャートである。ここで、図9(a)は本実施の
形態において、三元触媒14前の空燃比の挙動を示し、
図9(b)は三元触媒14後の空燃比の挙動を示してい
る。図9(a)において、時刻t1までリーン制御が行
われる。空燃比がリーンな燃焼では、排ガス中に含まれ
るNOx成分が図9(c)に示す(NOx−IN)よう
に大きいため、NOx触媒15に排出されるNOxが吸
蔵されていく。また、リーン燃焼では、三元触媒14に
貯蔵される酸素量も多くなる。NOx触媒15に吸蔵さ
れるNOx量がNOx触媒の吸蔵能力に基づいて設定さ
れる判定値を越えたと判断されると、NOx触媒14に
吸蔵されているNOxを還元・放出するために、図9
(a)のように時刻t1にてリッチな空燃比での制御に
切り換えられる。
t2では、リーン燃焼ではトルク変動が生じ易いこと
と、図8に示すように空燃比領域16〜18ではNOx
濃度が大きくなることを考慮して、徐々に空燃比をリッ
チ側に移行する。リッチ側への移行は、トルク変動が生
じにくく、かつ、NOx濃度が大きな空燃比領域を速や
かに通過できるように所定値αを設定している。そし
て、時刻t2以降では、三元触媒14前の空燃比がリッ
チになり、触媒内に貯蔵されている酸素を消費するた
め、三元触媒14後の空燃比が図9(c)に示すように
時刻t3まで、理論空燃比付近に維持される。この時刻
t2〜t3では、貯蔵されている酸素を消費するため
に、図9(a)に示すように空燃比を速やかにリッチ側
に移行させている。図9(a)では、目標空燃比AFT
Gが最終目標空燃比に到達すると、最終目標空燃比によ
りガードされている。このように速やかに空燃比をリッ
チに移行させるので、三元触媒14に貯蔵されている酸
素を速やかに消費することができ、また、時刻t1まで
のリーン運転状態に基づいて、三元触媒14に貯蔵され
ている酸素量を推定するので、精度良く酸素の消費が実
現できる。
されている酸素が消費されたと判定されると、その後の
リッチ成分はNOx触媒15に吸蔵されているNOxを
還元・放出するために使用されるため、図2のフローチ
ャートステップ103にて算出されるNOx積算値NO
MOLADに基づいて過不足なくNOxを還元・放出す
ることができる。なお、図9(a)に示すように、吸蔵
されているNOxを放出するために、時刻t4にて、空
燃比をリーン側へ移行し、時刻t5に到達するときに、
三元触媒14前の空燃比が理論空燃比付近になるように
制御すると、より正確にNOxを還元・放出することが
できる。このように、制御することで図9(d)に示す
ように、三元触媒14に貯蔵されている酸素量を時刻t
2〜t3の間に消費することができるので、リーン制御
からリッチ制御に切り換えるときに速やかにNOxの還
元・放出を行うことができる。
る金属(Pt/Rh/Pd+CeO2)に、NaやBa
などNOxを吸蔵可能な金属を担持してなるものなの
で、NOx触媒自体にも酸素を貯蔵する能力がある。こ
のため、NOx触媒に貯蔵される酸素も速やかに消費す
るように空燃比をすばやくリッチ側に移行させるように
制御しても良い。
酸素量を、リーン制御時の運転状態から推定すること
で、速やかに貯蔵されている酸素を消費することがで
き、その後のリッチ制御から正確にNOx吸蔵量を還元
・放出するために必要なリッチ成分を供給することがで
きる。この構成では、三元触媒前にA/Fセンサを配設
することで本実施の形態の制御を実施することができる
ので、他のセンサを設けることなく精度良い制御を実施
することが可能になる。
図2のフローチャートのステップ111乃至ステップ1
16に、酸素量推定手段は図2のフローチャートのステ
ップ109に、それぞれ相当し、機能する。
は、三元触媒14上流に配設されるA/Fセンサ26に
よって検出される空燃比に基づいて、三元触媒14に貯
蔵される酸素量と、NOx触媒15に吸蔵されるNOx
を推定した。そして、推定した酸素量とNOx吸蔵量に
基づいて、これらを消費,還元・放出するのに必要なリ
ッチ成分を供給することで過不足なく吸蔵されたNOx
を放出している。
度センサ27を配設することで、三元触媒に吸蔵されて
いる酸素が消費されたことを検出することができ、NO
x触媒に吸蔵されているNOx量を正確に還元・放出す
ることができる。
す。エンジン1からの排気通路中には、A/Fセンサ2
6が配設され、その下流に三元触媒14が配設される。
そして三元触媒14とNOx触媒15との間には、酸素
濃度を検出し、酸素濃度に応じた電力を出力する酸素濃
度センサ27が配設される。そして、この2つのセンサ
から本実施の形態では、正確に三元触媒14に貯蔵され
る酸素の状態を検出することができる。
たがって説明する。なお、図2のフローチャートと同一
の処理が行われるステップでは、同一の符号を付して説
明を省略する。まず、ステップ101では、リッチ制御
を行うか否かを示すフラグXREXが1か否かを判定す
る。そして、1ではないと判定されると、即ち、リーン
制御を行うことが判定されると、ステップ102乃至1
03にて、A/Fセンサ26により検出されるリーンな
空燃比に基づいて、NOx触媒に吸蔵されるNOx量を
算出する。なお、NOx量の算出は、酸素濃度センサ2
7により行っても良い。この場合は、NOx触媒により
近い位置での空燃比が検出できることから、より精度よ
くNOx触媒に吸蔵されるNOx量を算出することがで
きる。そして、リーン燃焼が継続されることでNOx触
媒15に吸蔵されるNOx量が所定の判定値を越えたと
判定されると、ステップ107のフラグXREXに1を
入力し、リッチ燃焼への切り換え制御が実行される。
あると判定されると、その後はステップ601以降の処
理が繰り返し行われる。ステップ601では、A/Fセ
ンサ26により検出される空燃比がリッチになったか否
かが判定される。まだ、空燃比がリッチではないと判定
されると、ステップ110へ進み、AFTGの設定処理
を実行する。ステップ110のAFTG設定処理では、
NOx濃度が高くなることを抑制し、大きなトルクショ
ックが発生することを抑制するようにAFTGが設定さ
れる。
ッチになると、ステップ602に進み、酸素濃度センサ
27により検出される空燃比(リアAF)が基準空燃比
AFSD2よりも大きいか否かが判定される。AFがリ
ッチで、かつ、リアAFが基準空燃比AFSD2よりも
小さい場合は、三元触媒14に貯蔵されている酸素が消
費されているので、NOx触媒にはリッチ成分が供給さ
れない。そのため、三元触媒14に貯蔵されている酸素
をすみやかに消費するために、第1の実施の形態で示し
たようにステップ115の目標空燃比AFTG設定処理
を行いステップ106へ進む。
アAFが基準空燃比AFSD2よりもリッチになったと
判定されると、三元触媒14に貯蔵された酸素が消費さ
れて、NOx触媒15にリッチ成分が供給されるように
なる。そこで、ステップ116にて目標空燃比AFTG
を第1の実施の形態に示したように設定し、ここで設定
されたリッチ成分に基づいて、ステップ113では、N
Oxを還元・放出するための実リッチ面積を求め、ステ
ップ604へ進む。ステップ604では、リーン制御に
よりNOx触媒に吸蔵されたNOx積算値NOMOLA
Dに対する基準リッチ面積DRAFNDと実リッチ面積
DRAFADとを比較する。このとき、実リッチ面積D
RAFADが基準リッチ面積DRAFNDを越えると、
NOx触媒15に吸蔵されているNOxがすべて還元・
放出されたとして、リーン制御へ切り換える。
センサ27を配設することで、三元触媒14に貯蔵され
ている酸素が消費される前か後かを正確に検出すること
ができる。このときに、目標空燃比AFTGを速やかに
リッチに切り換えてやることで三元触媒14に貯蔵され
ている酸素をすばやく消費することができ、NOx触媒
15に吸蔵されているNOxを過不足なく還元・放出す
ることができる。
られる金属(Pt/Rh/Pd+CeO2)に、Naや
BaなどNOxを吸蔵可能な金属を担持してなるものも
あり、NOx触媒自体にも酸素貯蔵能力を有するものも
ある。このため、酸素濃度センサにより三元触媒後の空
燃比がリッチになったことを検出してもNOx触媒中の
酸素を消費してやるために、空燃比を速やかにリッチに
してやる必要がある。本実施の形態では、三元触媒14
に貯蔵される酸素量を消費するためにのみ、空燃比の変
更速度を素早くしたが、上述のように酸素貯蔵能力を有
するNOx触媒を備える場合には、NOx触媒に貯蔵さ
れる酸素量を推定して空燃比の切り換え制御を実施して
も良い。
図7のフローチャートのステップ602に相当し、機能
する。
御システムの概要を示す全体構成図。
Ox積算量NOMOLADに対応する基準リッチ面積D
RAFNDを設定するための図。
ンを示すフローチャート。
した場合のタイミングチャート。
(b)は補正値を求めるための図。
Dを設定するための図。
リッチ時間DRAFNDを設定するための図。
Claims (3)
- 【請求項1】 空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わ
せると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のNO
xをリーンNOx触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的
にリッチに制御するリッチ燃焼にて前記吸蔵したNOx
をリーンNOx触媒から放出するようにした内燃機関の
排気浄化装置において、 前記リーンNOx触媒の上流側に配設される酸素貯蔵能
力を有する触媒と、 前記酸素貯蔵能力を有する触媒の上流側に配設され、排
気通路中の空燃比を検出する空燃比センサと、 前記NOx触媒に吸蔵されるNOx量に基づいて前記リ
ッチ燃焼と前記リーン燃焼とを切り換える際の単位時間
当たりの空燃比変化量を設定する空燃比変化量設定手段
とを備え、 前記空燃比変化量設定手段は、前記空燃比センサにより
検出される空燃比に基づいて単位時間当たりの空燃比変
化量を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項2】 前記酸素貯蔵能力を有する触媒、および
/または前記NOx触媒に貯蔵される酸素量を推定する
酸素量推定手段を備え、 前記空燃比変化量設定手段は、前記酸素量推定手段によ
り推定される酸素量に基づいて単位時間当たりの空燃比
変化量を変更することを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項3】 前記触媒の上流側に配設され、排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、 前記空燃比変化量設定手段は、前記空燃比センサと前記
酸素濃度センサにより前記触媒、および/または、前記
NOx触媒に貯蔵されている酸素の状態を検出すると共
に、該推定された酸素量に基づいて単位時間当たりの空
燃比変化量を変更することを特徴とする請求項1に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
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JP2002235585A true JP2002235585A (ja) | 2002-08-23 |
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