JP2000002138A - 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
レージ能力に対応して一時的にリーン度合いを高め、リ
ーン制御開始後、短時間のうちHCの酸化を開始できる
ようにする。 【解決手段】排気通路3に酸素ストレージ能力のある三
元触媒9と、その下流にHCの吸着機能と酸化機能をも
つHC処理装置10、11とを配置する。機関の始動後
など、排気温度の比較的低い状態において、HC処理装
置10、11でのHCの脱離を判定したら、脱離開始時
に一時的に空燃比のリーン度合いを大きくし、その後は
脱離中のHC濃度に対応したより小さなリーン度合いに
空燃比を制御する。これにより、リーン制御開始後、短
時間のうちに三元触媒9を酸素飽和状態として、HC処
理装置10、11に酸素を送り、脱離HCの浄化効率を
高める。
Description
ス浄化装置に関する。
の下流にHC吸着機能を有する触媒を介装したものが知
られている(例えば特開平7−144119号参照)。
これは機関の始動直後など、三元触媒が活性温度に達し
ていない冷間運転時に生じるHCを一次的にHC吸着触
媒に吸着し、外部への排出を抑制するものである。
は、吸着していたHCを脱離してしまうので、この脱離
温度に達すると、脱離が終了するまで空燃比を一時的に
にリーン化し、酸素雰囲気のもとで脱離したHCを触媒
内で酸化するようにしている。
C量に対応して正確に制御するために、特開平6−81
637号にもあるが、HC吸着触媒の下流側に空燃比セ
ンサを設置し、リーン度合いを目標値にフィードバック
制御したり、あるいはHCの脱離開始までの燃料供給量
を積算して吸着量を推定し、これに対応してリーン度合
いを制御したりしている。
媒からのHCの脱離に合わせて空燃比をリーン化して
も、その上流側にある三元触媒の酸素ストレージ能力が
働いて、排気中の酸素が下流のHC吸着触媒には直ぐに
は到達せず、三元触媒が飽和後に、つまりある時間遅れ
をもって残りの酸素がHC吸着触媒に到達する。
したHCの酸化が行えず、その浄化効率が低下してしま
う。
に提案されたもので、HCの脱離開始時に、上流側の触
媒の酸素ストレージ能力に対応して一時的にリーン度合
いを高め、リーン制御開始後、短時間のうちHCの酸化
を開始できるようにすることを目的とする。
に配置した酸素ストレージ能力のある触媒と、その下流
に配置したHCの吸着機能と酸化機能をもつHC処理装
置と、HC処理装置でのHCの脱離を判定する手段と、
HCの脱離判定中は空燃比をリーンに制御する手段とを
備えた内燃機関において、HC脱離開始時に一時的に空
燃比のリーン度合いを大きくし、その後は脱離HCに対
応してより小さなリーン度合いに空燃比を制御する補正
手段を備える。
空燃比の補正手段は、前記上流側触媒の余剰酸素ストレ
ージ能力に応じて一時的なリーン度合いとそのリーン時
間を決定する。
HC処理装置の上流に複数の酸素ストレージ能力のある
触媒が備えられ、前記空燃比の補正手段は、上流側の全
ての触媒の余剰酸素ストレージ能力に応じて一時的なリ
ーン度合いとそのリーン時間を決定する。
て、前記空燃比の補正手段は、前記触媒の劣化度合いが
大きいほど空燃比の一時的なリーン度合いを小さくす
る。
いて、前記空燃比の補正手段は、前記上流側触媒の余剰
酸素ストレージ能力を、そのときの触媒の酸素ストレー
ジ容量と、機関始動後の空燃比の積算値から求めた酸素
ストレージ量の差として算出する。
らのHCの脱離時に空燃比をリーン制御するにあたり、
制御開始時に一時的にリーン度合いを大きくする。この
ため、上流の触媒で酸素がストレージされても、リーン
度合いが大きいことから、直ぐに飽和してしまい、した
がって下流のHC処理装置にはリーン制御開始後、きわ
めて短時間のうちに酸素が到達し、これにより脱離した
HCの酸化処理が早期に始まり、HCの排出を低減する
ことができる。また、大きなリーン度合いに制御するの
は一時的であり、その後はHCの脱離に合わせた小さな
リーン度合いとするので、この間の上流側触媒でのNO
x還元機能の低下を少なくして、NOxの排出も低レベ
ルに抑制できる。
トレージ能力に応じて、制御開始直後の一時的なリーン
度合いと時間を設定するので、最短の時間で効率よく上
流側触媒を飽和させることができ、脱離HCの浄化効率
をそれだけ向上する。
いても、それらの余剰酸素ストレージ能力の総和に対応
したリーン度合いとすることで、効率よく脱離HCの処
理が行える。
トレージ能力が低下するが、これに対応してリーン度合
いを補正することで、不必要なリーン化が防げるので、
エンジンの運転性の悪化が阻止される。
ジ能力が正確に推定され、それだけ効果的に空燃比の制
御が実行できる。
図面にしたがって説明する。
気通路、3は排気通路である。4は吸気通路2の途中に
設けたエアフローメータ、5と6はスロットル弁と、そ
の開度を検出するスロットル開度センサである。7は機
関吸気ポートに燃料を噴射供給する燃料噴射弁、8は点
火栓である。
と11はその下流に直列に配置され、排気低温時には排
気中のHCを吸着すると共に、排気温度の上昇により吸
着されたHCが脱離したときには、これを酸化する触媒
機能を併有するHC処理装置としてのHC吸着触媒であ
る。
けたのは、HC脱離時の浄化性能を高めるためで、上流
側のHC吸着触媒で脱離したHCの一部が酸化されずに
下流側に流れたとしても、温度の低い下流側のHC吸着
触媒で再度吸着し、その脱離時に再び酸化作用を行うこ
とで、外部への排出量をより一層確実に低減することが
できる。ただし、HC吸着触媒の設置数の増減は必要に
応じて行えばよく、もちろん単独であってもよい。
ニア空燃比センサ、13は下流側に配置された酸素セン
サ(リニア空燃比センサでもよい)である。
空気量信号、図示しない回転数センサからの機関回転数
信号、空燃比センサ12、13からの排気空燃比信号、
スロットル開度センサ6からのスロットル開度信号等に
もとづいて、空燃比や点火時期を制御するコントローラ
である。
触媒10、11が吸着したHCの脱離時期を判定し、こ
の脱離中は空燃比を脱離HCに対応してリーンに制御す
ることでHCの酸化を行うにあたり、そのときの上流側
触媒での余剰酸素ストレージ能力に応じて、リーン制御
の開始時に一時的にリーン度合いを高め、上流側触媒の
酸素ストレージ量を飽和させ、リーン制御開始後きわめ
て短時間のうちにHC吸着触媒10、11に酸素を到達
させるようにしている。
図7のフローチャートにしたがって、詳しく説明する。
なお、このフローは所定の単位時間でもって繰り返され
る。
のルーチンを示すもので、ステップS10ではスタータ
SWのONからOFFへの変化からエンジンの始動を判
定し、始動時であると判定されたらステップS11で各
触媒の排気系温度推定値の初期値T1〜T3をエンジン
冷却水温などに基づいて設定する。なお、T1は最も上
流の三元触媒の温度推定値、T2は上流側のHC吸着触
媒の温度推定値、T3は下流側のHC吸着触媒の温度推
定値である。
転数と、負荷に相当する燃料噴射パルス幅など)に基づ
いて各触媒の平衡時の温度TH1、TH2、TH3を演
算する。
平衡温度に一次遅れで近づくものとして、一次遅れ時定
数K1、K2、K3を基にして触媒温度T1、T2、T
3を推定する。すなわち、 T1new=T1old×(1−K1)+TH1×K1 T2new=T2old×(1−K2)+TH2×K2 T3new=T3old×(1−K3)+TH3×K3 となる。
度から、まず上流側のHC吸着触媒がHCの脱離中であ
るかどうかを、触媒温度T2の脱離開始温度Taと脱離
終了温度Tbとの比較に基づいて判断する。触媒温度T
2がこの温度範囲ならば脱離中として、ステップS15
で脱離中を示すフラグF2を、F2=1にセットする。
これに対して脱離中でなければ、ステップS16でフラ
グを、F2=0にリセットする。
て下流側のHC吸着触媒がHCの脱離中かどうかの判断
を、触媒温度T3に基づいて行い、脱離中ならばフラグ
F3のセット、そうでなければリセットを行う。
的に検出してもよい。
算するルーチンであり、これを説明すると、ステップS
20でエンジン冷却水温などから暖機が終了しているか
どうか判断し、暖機終了ならばステップS21、22で
最上流側の三元触媒の劣化度合いの判定を行う。これは
劣化程度により酸素ストレージ容量が変動するためで、
触媒上流側のリニア空燃比センサ(フロントA/Fセン
サ)の出力が所定回数だけ反転する間の下流側の酸素セ
ンサ(リヤO2センサ)出力の反転回数をカウントした
ら、下流側酸素センサの反転回数に基づき、劣化度合い
に応じての三元触媒と上流側HC吸着触媒の酸素ストレ
ージ容量O2SC1とO2SC2とを演算する。
低下し、触媒の上流と下流の酸素濃度の対応関係が変化
する。そこで、例えば酸素センサ出力の反転回数に基づ
いてO2SCIとO2SC2テーブルをルックアップし
てストレージ容量を推定している。なお、三元触媒の劣
化の進行とHC吸着触媒の劣化の進行は、通常は一定の
関係が成立するので、三元触媒の劣化の度合いが分かれ
ば、HC吸着触媒の酸素ストレージ容量も推定できる。
ストレージ能力が低下するので、この低下分を補正する
ため、ステップS23では、触媒温度T1、T2に基づ
いて補正係数L1、L2を設定する。なお、L1、L2
は温度に応じて0〜100%の間で設定される(完全活
性温度で100%)。
C吸着触媒の現時点における酸素ストレージ容量O2S
CN1とO2SCN2を、補正係数に基づいて次のよう
に演算する。すなわち、 O2SCN1=O2SC1×L1 O2SCN2=O2SC2×L2 となる。
算するルーチンである。
OFFになったかどうかによりエンジンの始動を判断す
る。もし始動時であればステップS31で、三元触媒と
上流側HC吸着触媒の酸素ストレージ量の初期値O2S
1とO2S2を設定する。
を演算する。酸素ストレージ量は空燃比が理論空燃比の
ときは排気中に酸素が含まれないため増減せず、リーン
空燃比では増加し、リッチ空燃比では減少する。したが
って現在の酸素ストレージ量O2S1newは絶対量で
算出するので、リニア空燃比センサで検出した実空燃比
FA/Fと理論空燃比の偏差と、そのときの吸入空気量
Qaに基づいて、触媒に供給される酸素量、または触媒
の消費量を算出し、これを次のように積算して求められ
る。
(FA/F−理論空燃比)×Qa なお、bは係数である。
2)が消費し尽くされたか、または触媒から酸素があふ
れたかを判断する。
尽くされたかどうか判断し、そうだとすると、ステップ
S35で三元触媒の酸素ストレージ量O2S1を0に制
限する。これに対して、触媒から酸素があふれ出ている
ときは、ステップS36で酸素ストレージ量O2S1を
現在の酸素ストレージ容量O2SCN1に制限する。
とき、または酸素があふれたときに限り、ステップS3
7以降に進み、上流側HC吸着触媒の酸素ストレージ量
O2S2newを、上記三元触媒のときと同じようにし
て求める。
C吸着触媒に流入する排気の空燃比がリニア空燃比セン
サで検出した空燃比に等しいとして計算を行うものであ
る。
O2S2=0に制限し、あふれたときにはO2S2=O
2SCN2として現在のストレージ容量に制限する。
が消費し尽くされず、またあふれてもいないときは、上
流側のHC吸着触媒に流入する排気の空燃比はほぼ理論
空燃比となり、酸素ストレージ量の増減はない。
を用いる場合は、三元触媒の酸素ストレージ量の計算と
は独立に、以下のようにして上流側HC吸着触媒の酸素
ストレージ量を算出することもできる。
(RA/F−理論空燃比)×Qa ただし、RA/Aは酸素センサの代わりに配置したリニ
ア空燃比センサの出力である。
る。
活性が完了またはエンジン冷却水温が所定値以上等の条
件が成立しているときに、空燃比フィードバック条件成
立と判定し、フィードバック制御時には、ステップS5
1で上流側HC吸着触媒がHCの脱離中かどうかを、フ
ラグF2=1かどうかにより判断する。
み、上流側HC吸着触媒脱離時の空燃比を、後述する図
6のルーチンで示すようにして設定する。
れば、ステップS53に移行して下流側HC吸着触媒が
HCの脱離中かどうかを、フラグF3=1かどうかに基
づいて判断する。もし、下流側HC吸着触媒が脱離中な
らば、ステップS54に進み、下流側HC吸着触媒脱離
時の空燃比を、後述する図7のルーチンで示すようにし
て設定する。
ば、ステップS55に進んで通常時の空燃比の設定を行
う。これはそのときの運転条件に基づいて目標空燃比と
それに対応する目標当量比(TFBYA)を設定するも
ので、例えば高負荷運転領域では目標空燃比をリッチ空
燃比(TFBYA>1)、その他の領域では理論空燃比
(TFBYA=1)とする。
合の目標空燃比の設定値に基づいて空燃比フィードバッ
ク補正係数αを次のように算出する。
補正係数COEF=1にクランプする。
ク制御中でないときは、始動時及び始動直後の制御とし
て、ステップS58〜60に移行し、まず、目標当量比
TFBYA=1にして、フィードバック補正係数α=1
に設定し、さらに各種補正係数COEF>1に設定す
る。なお、COEFは始動後増量補正係数、水温増量補
正係数等をまとめて表したものである。
値に基づいて、燃料噴射量Tiを次のようにして算出す
る。
料噴射弁の無効噴射量である。
燃比設定サブルーチンにしたがって、HC脱離時のリー
ン空燃比の設定を説明する。
かを判定するもので、フラグF2が0から1になった直
後かどうかから判定する。ステップS521では脱離開
始直後に実行するリーン度合いを一時的に大きくするリ
ーンスパイクの継続時間を計数するためにカウンタCT
をクリアする。
ージの残量(余剰のストレージ量)ΔO2S1を、スト
レージ容量と現在のストレージ量との差として、つま
り、ΔO2S1=O2SCN1−O2S1として求め
る。
ジ残量に基づいて、そのときの吸入空気量を最小と仮定
して、できるだけ短い一定時間のうちに、三元触媒の酸
素ストレージ量を飽和させるのに必要なリーン空燃比を
算出する。そして算出したリーン空燃比がエンジン運転
性などから決まる許容値以内であれば、算出したリーン
空燃比をLEANaに、また前記一定の時間をLEAN
TMに設定する。
越えている場合は、そのリーン空燃比許容値をLEAN
aに設定し、酸素ストレージ量を飽和させるのに必要な
リーンスパイク継続時間を計算してLEANTMに設定
する。
EANaをリーンスパイクの目標空燃比とすると共に、
これから目標当量比をTFBYA=理論空燃比/LEA
Naとして算出するのである。
離開始直後でないと判断されたときは、ステップS52
5に進み、カウンタCTを現在の吸入空気量Qaに応じ
て大きさでカウントアップする。吸入空気量Qaが大き
いほどカウンタの増分を大きくする。ステップS526
ではリーンスパイクの時間が設定時間LEANTMを経
過したかどうか判定する。
プS527で前記のとおり設定したリーンスパイクの目
標空燃比LEANaと目標当量比TFBYAを維持す
る。
は、ステップS528に進み、こんどは脱離HCを酸化
するのに必要なリーン空燃比LEANbを設定する。こ
れはHCの脱離濃度に対応した空燃比のリーン度合いに
設定される。ステップS529ではこれを目標空燃比と
すると共に、これに基づいて目標当量比をTFBYA=
理論空燃比/LEANbとして算出する。
離時に要求されるリーンスパイクを含むリーン空燃比の
設定が行われる。
離時のリーン空燃比の設定サブルーチンを説明する。
は、基本的には上記した図6の空燃比の設定と同じであ
るが、脱離開始時の上流側触媒の酸素ストレージ残量Δ
O2S12としては、三元触媒と上流側HC吸着触媒の
両方のストレージ残量を加算したものとなる。つまり、
両方のストレージ容量から両方の現在のストレージ量を
差し引いたものが、ストレージ残量となり、すなわち、
ΔO2S12=O2SCN1+O2SCN2−(O2S
1+O2S2)となる。
ージ残量を求めたら、これに基づいてリーンスパイクの
空燃比と、その継続時間を設定し、このリーンスパイク
時間が経過したら、下流側HC吸着触媒でのHC脱離特
性に対応して脱離中の空燃比のリーン度合いを設定す
る。
について図8を参照しながら説明する。
性化するまでの間は、排気中のHCは三元触媒9で酸化
されることなく、そのまま下流側に流れるが、HC吸着
触媒10があるため、そこで吸着保持され、外部への排
出が阻止される。
度が脱離温度に達すると、HC吸着触媒10にそれまで
吸着されていたHCが脱離されだす。このとき理論空燃
比により運転していると、脱離したHCの酸化ができ
ず、そのまま外部に排出されてしまう。
と、これに応じて空燃比が理論空燃比からリーン空燃比
に切換えられる。これにより排気中の酸素濃度が増し、
脱離したHCをHC吸着触媒のもつ酸化機能により、酸
化処理できる。
酸素は、その上流の三元触媒9を通過するときに、その
ときの触媒の酸素ストレージ能力に応じてストレージさ
れるため、直ちには下流側の酸素濃度は高まらない。し
たがってその間は脱離したHCが酸化することなく、そ
のまま外部に排出されてしまう。
長ければ、それだけHCの浄化効率は低下する。
えば上流側のHC吸着触媒10が脱離を開始したととす
ると、その時点における上流側の三元触媒9の酸素スト
レージ能力を演算し、これに対応したリーン度合いで空
燃比のリーン化、つまりリーンスパイクが行われる。こ
のリーンスパイクは、脱離HCの酸化に必要なリーン度
合いとは異なり、できるだけ短時間のうちに三元触媒9
の酸素ストレージ状態を飽和させるためのもので、それ
に必要なリーン度合いと、その継続時間が設定されてい
る。
は非常に短時間のうちに酸素ストレージ量が飽和状態に
達してしまい、したがって、図8からも明らかなとお
り、単にHCの酸化に必要な一定のリーン空燃比に設定
した従来例に比較して、下流側のHC吸着触媒10の空
燃比がリーン化するまでの時間が著しく短くなる。この
結果、HCの脱離開始後に極めて短時間のうちに、脱離
したHCの酸化作用が始まり、HC吸着触媒10から排
出されるHC量が大幅に低減する。
け、三元触媒が飽和するまでに時間がかかり、この間の
HCの酸化処理が進まず、HCの排出量が大きくなるの
が避けられなかった。
スパイクが終了すると、後はHCの脱離特性に対応した
リーン度合いの空燃比、つまりリーン度合いの小さい空
燃比が脱離期間中、維持されるのであり、この間は脱離
したHCの酸化処理が継続的に行われる。
として、上流側と下流側とに2つの触媒を備えている
が、下流側のHC吸着触媒11がHCの脱離を開始した
ときには、その上流にある全ての触媒、つまり三元触媒
9と上流側HC吸着触媒10の合計の余剰酸素ストレー
ジ能力を演算し、これにもとづいてリーンスパイクのリ
ーン度合いと、継続時間を設定している。
って上流側にある2つの触媒で酸素がストレージされて
も、これらが短時間のうちに飽和するように空燃比がリ
ーン化されるので、下流側のHC吸着触媒11には上記
と同じようにきわめて短時間のうちに酸素が到達し、H
Cの酸化が始まるので、下流側での脱離時にもHCの排
出量を著しく低減することが可能となる。
媒)10、11としては、同一の触媒担体の上流側にゼ
オライト等のHC吸着剤を担持させ、下流側に触媒を担
持させたり、あるいは互いに混合状態にして担持させた
り、触媒担体の表層に触媒、深層にHC吸着剤を担持さ
せたりすることができる。
ト。
ャート。
ート。
ローチャート。
ローチャート。
明図。
Claims (5)
- 【請求項1】排気通路に配置した酸素ストレージ能力の
ある触媒と、 その下流に配置したHCの吸着機能と酸化機能をもつH
C処理装置と、 HC処理装置でのHCの脱離を判定する手段と、 HCの脱離判定中は空燃比をリーンに制御する手段とを
備えた内燃機関において、 HC脱離開始時に一時的に空燃比のリーン度合いを大き
くし、その後は脱離HCに対応してより小さなリーン度
合いに空燃比を制御する補正手段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】前記空燃比の補正手段は、前記上流側触媒
の余剰酸素ストレージ能力に応じて一時的なリーン度合
いとそのリーン時間を決定する請求項1に記載の内燃機
関の排気浄化装置。 - 【請求項3】前記HC処理装置の上流に複数の酸素スト
レージ能力のある触媒が備えられ、 前記空燃比の補正手段は、上流側の全ての触媒の余剰酸
素ストレージ能力に応じて一時的なリーン度合いとその
リーン時間を決定する請求項1に記載の内燃機関の排気
浄化装置。 - 【請求項4】前記空燃比の補正手段は、前記触媒の劣化
度合いが大きいほど空燃比の一時的なリーン度合いを小
さくする請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関
の排気浄化装置。 - 【請求項5】前記空燃比の補正手段は、前記上流側触媒
の余剰酸素ストレージ能力を、そのときの触媒の酸素ス
トレージ容量と、機関始動後の空燃比の積算値から求め
た酸素ストレージ量の差として算出する請求項2または
3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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