JP2004092486A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】このため、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、三元触媒の下流側に設けられたHC処理触媒と、排気通路に設けられたHC処理触媒の温度を検出可能な排気温度検出手段とから構成された内燃機関の排気浄化装置において、排気温度検出手段により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御する空燃比制御手段を設けている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特にHC処理触媒の機能を十分に引き出し、冷機始動後においてもHCの排出量の低減を図る内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置においては、排気ガス中の有害成分であるHC、CO、そしてNOxを同時に低減するために、三元触媒を装備しているものでがある。この三元触媒において、HC、COの酸化とNOxの還元とを同時に行うためには、機関の空燃比を理論空燃比近傍に精度良く保つ必要がある。
【0003】
内燃機関の排気浄化装置としては、特開平5−52135号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に介装された三元触媒からなる触媒コンバータと、触媒コンバータの上流側に配設された空燃比センサと、触媒コンバータ上流側に配設された排気温度センサと、内燃機関の燃料供給手段と、空燃比センサの検出信号に基づき理論空燃比を制御中心点として燃料供給手段の燃料供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、排気温度センサの検出温度に基づき低温時にフィードバック制御の制御中心点を僅かにリーン側に補正する補正手段とを備え、未暖機時など排気温度が低いときに多く発生するHCを三元触媒でもって一層効果的に低減している。
【0004】
また、特開2000−2138号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の排気浄化装置は、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、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している。
【0005】
更に、特開2000−54829号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に介装され、低温時のHC吸着作用と高温時の脱離作用とを有するHC吸着装置と、HC吸着装置との下流側に位置し、排気通路の通路断面積を縮小する排気シャッタバルブと、HC吸着装置からHCが離脱していることを判定する離脱判定手段と、離脱判定手段によりHC離脱中と判定したときに、排気シャッタバルブを閉じる排気シャッタバルブ制御手段と、HC離脱中に、HC吸着装置に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御する空燃比リーン化手段とを備え、吸着触媒装置から離脱したHCを良好に転化できるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内燃機関の排気浄化装置において、三元機能を有するHCトラップ触媒、つまりHC処理触媒によりHC低減を行うとき、空燃比制御に変更を加えていなかったため、HC処理触媒の三元機能を活用することができず、HC低減が不十分であった。
【0007】
すなわち、従来の空燃比制御は、理論空燃比を狙ったフィードバック制御であり、HCの離脱時、HCを酸化するための酸素が不足しているためである。
【0008】
また、従来は、前記三元触媒の浄化機能を最大限に引き出すために、空燃比を理論空燃比に制御していた。
【0009】
このとき、冷機始動後の三元触媒が浄化できなかったHCは、三元機能を有するHCトラップ触媒であるHC処理触媒にトラップされるが、時間が経過して、HC処理触媒がHCを離脱する温度に達したときに、HC処理触媒内は酸素不足の状況にある。
【0010】
この結果、HC処理触媒の三元機能を活かすことができず、トラップされていたHCがそのまま排出されてしまうという不都合がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、この三元触媒の下流側に設けられたHC処理触媒と、排気通路に設けられたHC処理触媒の温度を検出可能な排気温度検出手段とから構成された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気温度検出手段により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御する空燃比制御手段を設けたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
上述の如く発明したことにより、排気温度検出手段により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、空燃比制御手段によって目標空燃比をリーン側に制御し、HC処理触媒の機能を十分に引き出し、冷機始動後においてもHCの排出量を低減している。
【0013】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【0014】
図1〜図4はこの発明の実施例を示すものである。図2において、2は内燃機関、4は吸気通路、6は吸気ポート、8は吸気弁、10は燃焼室、12はピストン、14は排気通路、16は排気ポート、18は排気弁である。
【0015】
前記吸気ポート6に燃料噴射弁20を設ける。そして、前記燃焼室10に指向する点火プラグ22を設ける。
【0016】
また、前記排気通路14の途中に三元触媒24を設けるとともに、この三元触媒24よりの下流側の排気通路14にHCトラップ触媒であるHC処理触媒26を設ける。
【0017】
前記三元触媒24よりも上流側の排気通路14には空燃比(「A/F」ともいう)センサ28を設け、この空燃比センサ28を空燃比制御手段、例えば空燃比制御機能を有する制御手段(「ECU」ともいう)30に接続して設ける。
【0018】
更に、この制御手段30には、エアアロー状態を検出するエアフローセンサ32と、冷却水温度を検出する水温センサ34と、前記HC処理触媒26よりも下流側の排気通路14に配設され、かつ排気温度を検出する排気温度検出手段である排気温度センサ36とを夫々接続して設ける。
【0019】
そして、前記制御手段30には、前記排気温度検出手段である排気温度センサ36により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御する機能を付加して設ける構成とする。
【0020】
詳述すれば、前記制御手段30は、排気温度センサ36により検出された排気温度が、第1の設定温度であるHC離脱温度を超えたときから、このHC離脱温度より高い第2の設定温度である三元機能活性温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御するものである。
【0021】
このとき、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量、つまりシフト量(「目標空燃比シフト量」ともいう)LAFSを、吸入空気量に依存した値とする。すなわち、シフト量LAFSは、排気温度Texと、走行状況、例えば吸入空気量Qaとにより設定する。
【0022】
なお、シフト量LAFSは、吸入空気量Qaのテーブル値F(Qa)とする。これは、吸入空気量Qaが多い場合に、シフト量LAFSを増加させると、NOxの排出量が大幅に増加するためである。
【0023】
また、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量を決められた時間内において制限された値とする。
【0024】
そして、決められた時間とは、目標空燃比をリーン側に制御する制御期間をいい、この制御期間は、上述のシフト量LAFSの場合と同様に、排気温度Texと、走行状況、例えば吸入空気量Qaとにより設定する。
【0025】
つまり、制御期間の開始時期であるリーン側へのシフト開始時期を、前記HC処理触媒26の温度がHC離脱温度に達した時点とし、排気温度Texにて判定する。また、制御期間の終了時期であるリーン側へのシフト終了時期は、前記HC処理触媒26の温度が三元機能活性温度に達した時点とし、排気温度Texにて判定する。
【0026】
更に、制限された値とは、空燃比のオーバシュートを防止するために、シフト量LAFSに設けられる上限(「シフト量ダイナミックリミッタ」ともいう)のことをいう(図4参照)。なお、オーバシュートは、排気ガスやドライバビリティに悪影響を及ぼすことが判明している。
【0027】
ここで、目標空燃比のシフト量LAFSの算出方策について説明すると、先ず、式
KLAFS=F(Qa)−lafs
KLAFS:目標シフト量と実シフト量の偏差量
F(Qa):目標シフト量
lafs :前回のシフト量
によって目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSを求め、この目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタlimitとを比較する。
【0028】
そして、式
|KLAFS|>limit
limit:シフト量ダイナミックリミッタ
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimitを超えている場合には、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの正負状態を判別し、
KLAFS>0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSが正であるという不等式が成立する場合には、式
LAFS=lafs+limit
のように、前回のシフト量lafsにシフト量ダイナミックリミッタlimitを加算して目標空燃比のシフト量LAFSを求める。
【0029】
また、
KLAFS<0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSが負であるという不等式が成立する場合には、式
LAFS=lafs−limit
のように、前回のシフト量lafsからシフト量ダイナミックリミッタlimitを減算して目標空燃比のシフト量LAFSを求める。
【0030】
前記目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタlimitとを比較した際に、式
|KLAFS|<limit
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimitよりも小なる場合には、
LAFS=KLAFS
とし、目標空燃比シフト量LAFSを求める。
【0031】
次に、図1の排気浄化用フローチャートに沿って作用を説明する。
【0032】
内燃機関(「E/G」ともいう)2が始動(102)すると、排気浄化用プログラムがスタートとし、排気温度の判定(104)が行われる。このとき、排気温度センサ36により検出された排気温度の値が、第1の設定温度であるHC離脱温度、つまりHC処理触媒26の離脱温度判定値T1を超えているか否かを判定するものである。
【0033】
そして、この判定(104)がNOの場合には、判定(104)がYESとなるまで判定(104)を繰り返し行い、判定(104)がYESの場合には、目標空燃比のシフト量LAFSの算出(106)に移行する。
【0034】
この目標空燃比のシフト量LAFSの算出(106)においては、先ず、式
KLAFS=F(Qa)−lafs
によって目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSを求め、この目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタlimitとを比較し、式
|KLAFS|>limit
limit:シフト量ダイナミックリミッタ
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimitを超えている場合には、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの正負状態を判別し、
KLAFS>0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSが正であるという不等式が成立する場合には、式
LAFS=lafs+limit
のように、前回のシフト量lafsにシフト量ダイナミックリミッタlimitを加算して目標空燃比のシフト量LAFSを求める。
【0035】
また、
KLAFS<0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSが負であるという不等式が成立する場合には、式
LAFS=lafs−limit
のように、前回のシフト量lafsからシフト量ダイナミックリミッタlimitを減算して目標空燃比のシフト量LAFSを求める。
【0036】
前記目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタlimitとを比較した際に、式
|KLAFS|<limit
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KLAFSの絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimitよりも小なる場合には、
LAFS=KLAFS
とし、目標空燃比のシフト量LAFSを求めるものである。
【0037】
そして、目標空燃比のシフト量LAFSの算出(106)の後に、目標空燃比の算出(108)を行う。つまり、式
LAFM=lafm+LAFS
LAFM:目標空燃比
lafm:前回の目標空燃比LAFM
によって目標空燃比LAFMを求める。
【0038】
その後、排気温度の判定(110)が行われる。このとき、排気温度センサ36により検出された排気温度の値が、第1の設定温度であるHC離脱温度、つまりHC処理触媒26の離脱温度判定値T1より高い第2の設定温度である三元機能活性温度、つまりHC処理触媒26の三元機能活性温度判定値T2に到達したか否かを判定するものである。
【0039】
そして、この判定(110)がNOの場合には、上述した目標空燃比のシフト量LAFSの算出処理(106)に戻り、判定(110)がYESの場合には、目標空燃比のシフト量LAFSの算出(112)に移行する。
【0040】
この目標空燃比のシフト量LAFSの算出(112)においては、
lafs>limit
の場合に、シフト量LAFSを、式
LAFS=lafs−limit
によって求め、
lafs<limit
の場合には、シフト量LAFSを「0(ゼロ)」とする。
【0041】
そして、目標空燃比のシフト量LAFSの算出(112)の後に、目標空燃比の算出(114)を行う。つまり、式
LAFM=lafm+LAFS
によって目標空燃比LAFMを求める。
【0042】
その後、目標空燃比のシフト量LAFSが「0(ゼロ)」であるか否かの判断(116)を行い、この判断(116)がNOの場合には、上述した目標空燃比のシフト量LAFSの算出処理(112)に戻り、判断(116)がYESの場合には、排気浄化用プログラムをエンド(118)とする。
【0043】
これにより、前記排気温度検出手段である排気温度センサ36により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、前記制御手段30によって目標空燃比をリーン側に制御、つまりリーンシフトすることができ、HC処理触媒26の機能を十分に引き出すことが可能であり、冷機始動後においてもHCの排出量を低減し得るものである。
【0044】
また、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量、つまりシフト量(「目標空燃比シフト量」ともいう)LAFSを、吸入空気量に依存した値とすることにより、吸入空気量が多い時でも、NOxの排出量を低減することができ、実用上有利である。
【0045】
更に、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量を決められた時間内において制限された値とすることにより、空燃比がオーバシュートするのを防止することが可能となり、排気ガス浄化性能やドライバビリティの悪化を防ぐことができるものである。
【0046】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【0047】
例えば、この発明の実施例においては、目標空燃比をリーン側にシフトする方策について説明したが、空燃比フィードバック制御のPI制御を利用し、I分のバランスを変えて、HCトラップ触媒であるHC処理触媒内の雰囲気をリーン側にシフトする方策とすることも可能である。
【0048】
つまり、I分にはリッチ側での補正項Irとリーン側での補正項Ilとを持つのが一般的であり、このうちのリッチ側での補正項Irを大きくするものである。
【0049】
参考までに、図5の排気浄化用フローチャートに沿って説明する。内燃機関(「E/G」ともいう)が始動(202)すると、排気浄化用プログラムがスタートとし、排気温度の判定(204)が行われる。このとき、排気温度センサにより検出された排気温度の値が、第1の設定温度であるHC離脱温度、つまりHC処理触媒の離脱温度判定値T1を超えているか否かを判定するものである。
【0050】
そして、この判定(204)がNOの場合には、判定(204)がYESとなるまで判定(204)を繰り返し行い、判定(204)がYESの場合には、目標Ir分のシフト量IrSの算出(206)に移行する。
【0051】
この目標Ir分のシフト量IrSの算出(206)においては、先ず、式
KIrS=G(Qa)−irs
KIrS :目標シフト量と実シフト量の偏差量
G(Qa):目標シフト量
irs :前回のシフト量IrS
によって目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSを求め、この目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタ2limitとを比較し、式
|KIrS|>limit2
limit2:シフト量ダイナミックリミッタ
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSの絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimit2を超えている場合には、目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSの正負状態を判別し、
KIrS>0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSが正であるという不等式が成立する場合には、式
IrS=irs+limit2
のように、前回のシフト量irsにシフト量ダイナミックリミッタlimit2を加算して目標Ir分のシフト量IrSを求める。
【0052】
また、
KIrS<0
つまり、目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSが負であるという不等式が成立する場合には、式
IrS=irs−limit2
のように、前回のシフト量irsからシフト量ダイナミックリミッタlimit2を減算して目標Ir分のシフト量IrSを求める。
【0053】
前記目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrSの絶対値とシフト量ダイナミックリミッタlimit2とを比較した際に、式
|KIrS|<limit2
の如く目標シフト量と実シフト量の偏差量KIrS絶対値がシフト量ダイナミックリミッタlimit2よりも小なる場合には、
IrS=KIrS
とし、目標Ir分のシフト量IrSを求めるものである。
【0054】
そして、目標Ir分のシフト量IrSの算出(206)の後に、目標Ir分の算出(208)を行う。つまり、式
IrM=irm+IrS
IrM:目標Ir分
irm:前回の目標Ir分IrM
によって目標Ir分IrMを求める。
【0055】
その後、排気温度の判定(210)が行われる。このとき、排気温度センサにより検出された排気温度の値が、第1の設定温度であるHC離脱温度、つまりHC処理触媒の離脱温度判定値T1より高い第2の設定温度である三元機能活性温度、つまりHC処理触媒の三元機能活性温度判定値T2に到達したか否かを判定するものである。
【0056】
そして、この判定(210)がNOの場合には、上述した目標Ir分のシフト量IrSの算出処理(206)に戻り、判定(210)がYESの場合には、目標Ir分のシフト量IrSの算出(212)に移行する。
【0057】
この目標Ir分のシフト量IrSの算出(212)においては、
irs>limit2
の場合に、目標Ir分のシフト量IrSを、式
IrS=irs−limit2
によって求め、
irs<limit2
の場合には、目標Ir分のシフト量IrSを「0(ゼロ)」とする。
【0058】
そして、目標Ir分のシフト量IrSの算出(212)の後に、目標Ir分の算出(214)を行う。つまり、式
IrM=irm+IrS
によって目標Ir分を求める。
【0059】
その後、目標Ir分のシフト量IrSが「0(ゼロ)」であるか否かの判断(216)を行い、この判断(216)がNOの場合には、上述した目標Ir分のシフト量IrSの算出処理(212)に戻り、判断(216)がYESの場合には、排気浄化用プログラムをエンド(218)とする。
【0060】
さすれば、高価なリニアタイプの空燃比(「A/F」ともいう)を使用しなくとも、廉価な酸素センサでも適用可能となり、経済的に有利である。
【0061】
また、排気温度センサを廃した廉価システムにおいても、HC処理触媒温度を走行状態から触媒暖機カウンタ等で模擬し、同様な制御を行う構成とすることも可能である。
【0062】
更に、この発明の実施例においては、第1の設定温度と第2の設定温度との2つの設定温度によって一の制御範囲を設定する構成としたが、この制御範囲を複数個に分割する特別構成とすることも可能である。
【0063】
すなわち、前記制御範囲を、HC処理触媒下流の排気温度によって2個以上に分割し、分割した各範囲において段階的なリーン化制御を行うものである。
【0064】
さすれば、HC処理触媒下流の排気温度の温度状況に応じて目標空燃比をリーン側に制御することができ、細かな制御が実現できるとともに、制御の応答性も向上し得て、実用上有利である。
【0065】
更にまた、HC処理触媒下流の排気温度のみでなく、エンジン冷却水温度やエンジン油温等の内燃機関の状況温度を勘案する構成とすれば、より一層制御の信頼性を向上させることができるものである。
【0066】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、三元触媒の下流側に設けられたHC処理触媒と、排気通路に設けられたHC処理触媒の温度を検出可能な排気温度検出手段とから構成された内燃機関の排気浄化装置において、排気温度検出手段により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御する空燃比制御手段を設けたので、HC処理触媒の機能を十分に引き出すことが可能であり、冷機始動後においてもHCの排出量を低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す内燃機関の排気浄化装置の排気浄化用フローチャートである。
【図2】内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図3】内燃機関の排気浄化装置のタイムチャートである。
【図4】目標空燃比シフト量の制御を示す図である。
【図5】この発明の他の第1の実施例を示す内燃機関の排気浄化装置の排気浄化用フローチャートである。
【符号の説明】
2 内燃機関
4 吸気通路
6 吸気ポート
8 吸気弁
10 燃焼室
12 ピストン
14 排気通路
16 排気ポート
18 排気弁
20 燃料噴射弁
22 点火プラグ
24 三元触媒
26 HC処理触媒
28 空燃比(「A/F」ともいう)センサ
30 制御手段(「ECU」ともいう)
32 エアフローセンサ
34 水温センサ
36 排気温度センサ
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、この三元触媒の下流側に設けられたHC処理触媒と、排気通路に設けられたHC処理触媒の温度を検出可能な排気温度検出手段とから構成された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気温度検出手段により検出された排気温度が、第1の設定温度を超えたときから、第1の設定温度より高い第2の設定温度になるまでの間、目標空燃比をリーン側に制御する空燃比制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 前記空燃比制御手段は、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量を吸入空気量に依存した値と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。
- 前記空燃比制御手段は、目標空燃比をリーン側に制御する際の制御量を決められた時間内において制限された値と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。
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2002
- 2002-08-30 JP JP2002253549A patent/JP2004092486A/ja active Pending
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