JP2005036812A - Device for evaluation of emission gas purification catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の排気系に設けたNOx浄化触媒の評価方法及びその評価装置及びその触媒効率制御方法に関する。 The present invention relates to an evaluation method for an NOx purification catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine, an evaluation apparatus therefor, and a catalyst efficiency control method therefor.
従来提案されているNOx浄化触媒の効率低下や劣化を推定する方法としては、特開平4−265414 号公報にみられるように、自動車の走行距離をパラメータとし、走行距離がある値以上になるとNOx浄化触媒の効率が充分低下したと見なしていた。 As a method for estimating a decrease in efficiency and deterioration of a NOx purification catalyst that has been proposed in the past, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-265414, the travel distance of a vehicle is used as a parameter. It was considered that the efficiency of the purification catalyst was sufficiently reduced.
また、NOx浄化触媒に使用されるHCの量が不足している時にHCの量を増加する方法が特開平3−229914 号公報で提案されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 3-229914 proposes a method for increasing the amount of HC when the amount of HC used for the NOx purification catalyst is insufficient.
しかしながら、従来の技術では走行距離等で触媒の評価を行っているため正確な評価ができないといった問題がある。また、異なる特性の触媒の双方の診断を正しく評価することについての配慮がなされていない。 However, the conventional technique has a problem that accurate evaluation cannot be performed because the catalyst is evaluated based on the travel distance or the like. Also, no consideration has been given to correctly assessing the diagnosis of both catalysts of different characteristics.
また、HCの量の不足に関しては触媒の評価と関係なくHCの量を制御していたので、これも正確な状態でHCの量の制御ができないという問題があった。 Further, since the amount of HC was controlled regardless of the catalyst evaluation regarding the shortage of HC, there was a problem that the amount of HC could not be controlled accurately.
上記課題は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス成分を浄化するNOx触媒と、三元触媒又は酸化触媒の少なくともいずれか2つの組合せによりなる複合触媒を有し、前記複合触媒の上流,下流および前記複合触媒の間に配設された排気ガス特定成分を検出するセンサ出力のいずれか2つの組合せに基づいて前記複合触媒を構成する触媒の評価を行う触媒の評価方法において、
前記NOx触媒と前記三元触媒又は酸化触媒の診断のための運転域を異なるものとしたことを特徴とする触媒の評価方法により解決される。
The above-described problem includes a composite catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and includes a combination of at least any one of a NOx catalyst that purifies exhaust gas components and a three-way catalyst or an oxidation catalyst, In a catalyst evaluation method for evaluating a catalyst constituting the composite catalyst based on a combination of any two of sensor outputs for detecting an exhaust gas specific component disposed between the downstream and the composite catalyst,
The problem can be solved by a catalyst evaluation method characterized in that the operating ranges for diagnosis of the NOx catalyst and the three-way catalyst or the oxidation catalyst are different.
また、他の課題は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中のNOxを浄化するNOx浄化触媒を備えたものにおいて、
前記NOx浄化触媒の評価を行い、その結果、浄化効率が低下していると判断されたとき、アシストエア噴射弁のアシストエア量、又は、スワール通路流量の少なくともいずれかを制御することにより、前記NOx触媒へ供給されるHCの量を増加するようにしたことを特徴とする触媒効率制御方法により解決される。
Another problem is that provided with an NOx purification catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and purifies NOx in exhaust gas.
When the NOx purification catalyst is evaluated and, as a result, it is determined that the purification efficiency is lowered, by controlling at least one of the assist air amount of the assist air injection valve or the swirl passage flow rate, the This is solved by a catalyst efficiency control method characterized in that the amount of HC supplied to the NOx catalyst is increased.
本発明によれば、各触媒に対して使用動作環境に適した的確な診断が可能となる。また効率の低下を回避するようにエンジン制御を実行することができ、高い排気浄化特性を維持できる。 According to the present invention, it is possible to accurately diagnose each catalyst suitable for the operating environment. Further, engine control can be executed so as to avoid a decrease in efficiency, and high exhaust purification characteristics can be maintained.
図1に本発明の全体システムの一実施例を示す。エンジン1の排気管2に触媒3が設置されている。触媒3はリーン空燃比でのNOxを浄化するリーンNOx触媒4と理論空燃比でNOx,CO,HCを浄化する三元触媒又は酸化触媒5が配置されている。この両者を切換弁6で運転状態により使いわけるように構成する。リーンNOx触媒としては例えば、銅−ゼオライト系に金属を担持したものが考えられる。この触媒は一般的に高温,リッチ空燃比で劣化するという特性を持っている。このため、出力運転域,始動暖機時等ではリーンNOx触媒をバイパスした方が良い場合がある。このため切換弁6を設けている。リーン運転域では、切換弁6を閉じて排気ガスをリーンNOx触媒に供給するようにする。また、混合気が濃くなるエンジンの出力運転域,始動暖機時には切換弁6を開いて、排気ガスを後流の三元触媒あるいは酸化触媒に供給するようにする。このリーンNOx触媒のNOxの転換効率を検出するために、例えば触媒3の前後に排気ガス状態を検出するセンサ7,8を設けている。このセンサ7,8は例えば空気過剰率λ=1でステップ的に出力が変化する酸素センサや、空気過剰率に比例して出力が変化する空燃比センサでもよい。この両者のセンサの検出値はコントロールユニット9に取り込まれて、その比較結果により触媒の浄化効率あるいは劣化度を推定する。エアクリーナ10から流入する空気はその量を空気量センサ11により測定されたあと、電動モータ12で駆動されるスロットル13を介してコレクター14に流入する。その後独立吸気管15を通りエンジン1に吸入される。吸気ポート部16には、スワール生成のためのバイパス通路17と分流弁18が設けられている。リーン運転領域では、燃焼室内に旋回流つまりスワールを形成し燃焼を改善する必要がある。このため、このようなときは分流弁18を閉じて空気をバイパス通路17を通るようにする。空気に偏流が起こるので結果的に燃焼室内にスワールが生成される。燃料は燃料噴射弁19から供給される。混合気への点火は点火プラグ20で行われる。エンジンの回転数検出のためのクランク角検出器21がクランク軸22に設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment of the entire system of the present invention. A
図2にリーンNOx触媒のNOxのN2 への転換効率を示した。図2(A)は触媒温度と転換効率の関係を示したものである。この触媒はある温度範囲で高い効率を示す。しかし、この高い効率を示す温度は触媒が劣化すると高温側に移行するという特性がある。この様子を図2(B)に示す。最高効率を示す温度が走行距離が多くなるつまり劣化するに従って高くなっているのがわかる。また、図3(A)に排気ガス内のHC量と転換効率の関係を示す。ある量のNOxに対してはHC量に最適な値があり、この点になるように
HC量を制御する方が高い浄化率が得られる。しかし、この最高転換率を示すHC量も図3(B)に示すように劣化すると変化してしまう。このことから劣化を検出してHC量をそれに応じて変化させる必要がある。
Showed conversion efficiency of the N 2 in NOx lean NOx catalyst in FIG. FIG. 2A shows the relationship between the catalyst temperature and the conversion efficiency. This catalyst exhibits high efficiency in a certain temperature range. However, this high efficiency temperature has a characteristic that it shifts to the high temperature side when the catalyst deteriorates. This state is shown in FIG. It can be seen that the temperature showing the highest efficiency increases as the mileage increases, that is, deteriorates. FIG. 3A shows the relationship between the amount of HC in the exhaust gas and the conversion efficiency. There is an optimum value for the amount of HC for a certain amount of NOx, and a higher purification rate can be obtained by controlling the amount of HC so that this point is reached. However, the amount of HC indicating the maximum conversion rate also changes when it deteriorates as shown in FIG. Therefore, it is necessary to detect the deterioration and change the HC amount accordingly.
次に、触媒の転換効率,劣化度を検出する方法について説明する。図4(A)に示したように、排気管3内に設置されたリーンNOx触媒4のエンジン側30の排気ガス成分は、NOx還元に関するもののみをあげるとNOx,HC,O2 となる。図4(B)にガスの分子を模式的に示した。窒素はN,未燃炭化水素はHC,酸素は○印で示した。触媒上では、HCと酸素が反応して、中間生成物(四角で囲んだHCで表示。)となりこれが
NOxに作用してN2 に分解する。このため、触媒の下流31の排気ガスはN2,H2O,CO2 となり、NOxは還元されていることがわかる。この場合図4(B)に示したように、触媒の前後で酸素の濃度が変化する。したがって転換効率の変化を検出する検出法の一例としては、このリーンNOx触媒前後の酸素濃度を検出する方法が考えられる。
Next, a method for detecting the conversion efficiency and the deterioration degree of the catalyst will be described. As shown in FIG. 4A, the exhaust gas components on the
図5に検出の原理を示す。図5(A)に示したように酸素濃度を検出するセンサ7,8を触媒の前後に装着する。センサ7,8の構成は、例えばジルコニアの固体電解質32の両側に白金電極33a,33bが設けられている。この電極のうちの排気ガス側の電極
33aの排気側にガスの拡散を律する拡散抵抗体34が形成されている。電極33aを接地側として排気管3等の筺体に接続する構成とする。この場合、もう一方の電極に所定の電位を印加するとこの時の電流値が排気ガス側の酸素濃度に比例するようになる。つまり電流値を検出することによって酸素濃度を測定できる。センサ8の構成,動作原理もセンサ7と同じである。
FIG. 5 shows the detection principle. As shown in FIG. 5A,
図5(B)に排気ガス組成の模式図を示した。(イ)のように反応前には窒素,HC,酸素が共存している。しかし、センサ7の電極33a上では、白金の触媒作用でHCがほぼ完全に酸化される、このため(ロ)に示したように検出される酸素濃度は、反応した酸素が少なくなっている一点鎖線で囲んだ量となる。一方触媒4の後流では(ハ)に示したように、HCはほぼ完全に反応し、なおかつNOxの還元により分解した酸素があるために、検出される酸素濃度は一点鎖線で囲んだ量となるので(ロ)の状態よりは多くなっている。このため(ロ)(ハ)の一点鎖線で囲んだ酸素量を比較するとわかるように、触媒4の前後で検出される酸素量が異なっている。図5(C)に示したように酸素量を検出するセンサの信号は、異なった値を示すようになる。
FIG. 5B shows a schematic diagram of the exhaust gas composition. As shown in (a), nitrogen, HC, and oxygen coexist before the reaction. However, on the
図6に劣化度あるいは転換効率の検出の原理を示す。図6(A)は装置の概略である。センサ7,8の電極33bに所定の電圧Vを印加する、この時固定抵抗R1,R2に流れた電流の電圧降下分をV1 ,V2 として差動増幅器36,37で検出する。このV1,V2 がそれぞれのセンサ7,8の固体電解質32に流れる電流値すなわち検出される酸素濃度である。このV1,V2の差を再び差動増幅器39で検出する。この差V2−V1が劣化度に関連する値である。このセンサは、図6(B)に示したように、酸素濃度によって出力が変化するものなので、触媒4の前後の酸素濃度の差が検出できる。その様子を図6(C),図6(D)に示す。V2の方が酸素濃度が多い分だけ高い出力となっている。ここで、触媒前のセンサ7の出力V1 は空燃比制御に用いることができる。もちろん、触媒後センサ8の出力V2 をも併せ空燃比制御に用いてもよい。またここでは、V1 ,V2 の差を差動増幅器39で検出しているが、V1 ,V2 をアナログ−ディジタル変換器で変換しマイクロコンピュータに取り込んで、その差分を演算処理により求めてもよい。その場合のフローチャートを説明する。まず初めに図7は空燃比制御する場合のフローチャートである。まずステップ100でV1 を測定し、ステップ110で図7(B)に示したような目標空燃比(A/F)に対するセンサの目標出力Vref を、エンジン回転数Nと負荷のマップから検索してくる。ステップ120でV1とVref を比較し、V1が大きければ現在の空燃比が目標よりリーン側になっていると判断して、ステップ130で燃料噴射量Tiを増加して空燃比をリッチ側に移行する。また、V1 が小さい場合は、現在の空燃比がリッチ側になっていると判断しステップ140でTiを減少する。以上のようにTを決定してステップ150で燃料噴射弁19に出力する。このようにして、転換効率あるいは劣化を検出するセンサを用いて空燃比制御が実現できる。
FIG. 6 shows the principle of detecting the degree of deterioration or conversion efficiency. FIG. 6A is a schematic of the apparatus. A predetermined voltage V is applied to the
次に図8に触媒の劣化を検出するためのフローを示す。ステップ210でV1,V2を測定し両者の差を演算する。次にステップ220でこの差が所定値以下の場合、ステップ
230に進み触媒によるN2 の還元作用による酸素の増加分が少なかったと判断し触媒が劣化したと推測する。つまり、劣化と判断しその劣化度を表示する。触媒前後の酸素濃度差、つまりV1,V2の差が大きい方が触媒の還元作用が強く、劣化していないことになる。
Next, FIG. 8 shows a flow for detecting deterioration of the catalyst. In
図9に精度を向上した劣化判定法を示す。ステップ300でV1,V2の差を計算し、ステップ310で触媒温度Tcまたは排気ガス温度がある範囲内になっているかを判定する。これは、図2に示すように、触媒の転換効率は温度に依存するので温度が変わった場合効率の低下と判断する可能性があるためである。このため、いつも所定の温度範囲内にある場合のみ劣化判定を実現するようにする。またこのことは、センサの温度特性を無視できるという意味においても有効である。温度がある範囲内にあると判断した後の劣化判定は図8と同じである。つまり、ステップ320でV2−V1の差が基準値以下であればステップ330で劣化と判定し、更にステップ340でこの差に対応した劣化度を表示する。
FIG. 9 shows a deterioration determination method with improved accuracy. In
次に図10に別の検出法を示す。ここで用いるセンサは図10(B)に示すように酸素濃度(空燃比)に対して非線形な出力特性を持つ酸素センサである。このようなセンサの場合は、センサ7,8の排気側の電極40a上に設けられた拡散膜42は簡単なもので十分である。具体的には図5の拡散膜34より薄い層でよい。図10(A)に示した装置では、このような出力が2値形の酸素センサを用いている。このようなセンサでは排気側の電極40aを接地し、もう一方の電極40bに発生する電圧(起電力)V1,V2を検出する。この両者のセンサの電圧の差を基に劣化度を検出する。より具体的には図10(B)にあるように排気ガスが理論空燃比よりうすい時のV1,V2を測定し、差動増幅器44で出力値の差を検出するようになっている。しかし、前述したように、マイクロコンピュータに取り込んで両者の差を演算で求めてもよい。この差により触媒の劣化度を推定する。図10(C),図10(D)にV1,V2の出力例を示す。触媒後の出力は図10(D)に示したように、ガス中に酸素が相対的に多く含まれているので、図10(C)に示した出力値より小さくなっている。このV1,V2の差が劣化度に関連した指標となる。
Next, another detection method is shown in FIG. The sensor used here is an oxygen sensor having non-linear output characteristics with respect to the oxygen concentration (air-fuel ratio) as shown in FIG. In the case of such a sensor, a
図11に更に別の実施例を示す。この場合は前置触媒53と後流の後置触媒54を直列に配置した構成のもので、センサ50,51,52をそれぞれ3個配置した。前置触媒
53の効率および劣化はセンサ50,51で前述した方法で検出する。また、後置触媒
54の効率および劣化はセンサ51,52でまたは、センサ50,52で検出するようにする。このような配置にすることにより、複合触媒システムの劣化診断が可能になる。触媒の種類としては前置触媒53をNOx還元触媒として後置触媒54を三元触媒または酸化触媒とする。この場合、NOx還元触媒53の劣化を判断する方法は前述したようにセンサ50,51の検出出力を比較することにより行う。また、後置触媒54の劣化判断にはセンサ51,52の信号を使用するか、またはセンサ50,52を用いて後置触媒54の診断をしてもよい。センサ50,51,52の信号はマイクロコンピュータ9に取り込まれ、演算処理される。この場合の制御フローチャートを図12に示す。NOx還元触媒54はリーン運転域でNOx浄化の触媒作用を示すので、ステップ400でリーン運転域を判断してリーン運転域の場合は診断モードを開始する。つまりステップ410で触媒
53の前後のセンサ50,51の信号V1,V2を測定しステップ420で劣化度を診断する。この診断は図8,図9のフローチャートを用いる。その後該当触媒の劣化度をステップ430で表示する。また、後置触媒の場合はステップ440で空気過剰率λ=1での運転時に劣化を判断する。この運転状態の時にはステップ450でセンサ50,52の出力V1,V3を測定し、その信号を基にステップ460で劣化を診断する。またこの場合、センサ51,52の出力V2,V3を測定して同様に劣化を判断してもよい。以上のように、複数の触媒を用いる複合触媒システムでは、それぞれの触媒が作用する領域の時にその触媒の効率または劣化を診断する方法がよい。
FIG. 11 shows still another embodiment. In this case, the
図13に更に別の実施例を示した。この場合は、複数の触媒が並列に配置されている。触媒55,56は並列に配置されており、負荷や電動で動作するアクチュエータ58で駆動される切換弁57で運転状態に応じて選択的にガスを流す触媒を選択する。例えば、触媒56に排気ガスが流れるように切換弁57Aが開かれていると、触媒55には排気ガスが流れないように切換弁57Bが閉じている。この場合は、触媒56が動作すべき運転状態の時に、センサ58,59の信号を基に触媒56の効率や劣化を判断する。また、切換弁57A,58Bを回転することにより、触媒55にガスが流れるようにした場合は、触媒56にはガスが流れなくなる。この場合は、触媒55の動作すべき運転状態の時にセンサ58,59の信号を基に触媒55の効率や劣化を判断する。アクチュエータ58の動作、センサ58,59の信号の取り込み、演算はマイクロコンピュータ9で行う。
FIG. 13 shows still another embodiment. In this case, a plurality of catalysts are arranged in parallel. The
その場合のフローチャートを図14に示す。図13の触媒の一方をNOx還元触媒、もう一方を三元触媒あるいは酸化触媒とした場合について説明する。まずステップ500でリーン運転域かどうかを判断し、リーン運転域の場合はステップ510で切換弁57Aを動作させNOx還元触媒に排ガスを供給する。その後条件が成立したらステップ520でセンサ58,59の信号を測定してステップ530でNOx触媒用の劣化診断を行いステップ540で診断結果を表示する。
A flowchart in that case is shown in FIG. The case where one of the catalysts in FIG. 13 is a NOx reduction catalyst and the other is a three-way catalyst or an oxidation catalyst will be described. First, in
また、リーン運転以外の場合はステップ550で切換弁57Aを閉じ、逆に切換弁57Bを開くように切り換えて三元触媒に排気ガスを流すようにする。その後、ステップ560で理論空燃比λ=1の運転状態であるかどうかを判断し、λ=1の場合はステップ570でセンサ58,59の信号を測定してステップ580で三元触媒用の劣化診断を行い、その後ステップ540で診断結果を表示する。
In cases other than the lean operation, the switching
図15に更に別の方法を示した。センサ61の一方に触媒60の上流のガスを導き、もう一方の面に触媒下流のガスを導くように構成し、一個のセンサで触媒前後のガス中の酸素濃度の差を検出するようにしている。ここで、排気管3のガスのほとんどは触媒に流れる。しかし、その一部は通路62を流れてセンサ61の一方側に設けられたチャンバ63に導かれる。そのガスは、触媒の前流に設けたベンチュリ65の吸引作用で、通路62,チャンバ63,通路64と流れる。
FIG. 15 shows still another method. The gas upstream of the
一方センサ61の排気管側には、触媒60の後流のガスが導かれる。このセンサ61の構造を図15(B)に示す。センサの左側には触媒上流のガスが導かれ、右側には触媒後流のガスが導かれるようにする。このセンサはジルコニアの固体電解質66の両側に白金の電極67a,67bが設けられており、さらにその外側には多孔質の保護膜68a,
68bが設けられている。固体電解質66の両側とも触媒作用があり、HCを酸化させることができる。このようにすることにより、固体電解質66では酸化した後の残存酸素を検出することになる。この場合両側の酸素濃度の差を検出すればよいので、酸素濃淡電池である固体電解質は好都合である。更に、一方側の電極67bを接地し、もう一方の電極67aの電位を測定すれは、その検出値は酸素の濃度差を示すことになる。この測定した電位はマイクロコンピュータ9に取り込んで処理される。
On the other hand, the downstream gas of the
68b is provided. Both sides of the
センサ61の更に具体的構成を図16に示す。保護管70の中にセンサが配置されている。触媒後流の排気ガス側の電極67bは絶縁材71にプリントされた導線を介して保護管70により接地される。また、もう一方の触媒前流の排気ガス側の電極67aはコネクタ部69から外部に導かれる。センサ本体は排気管72に固定的に捩じ込まれる。このような構成にすることにより、触媒前後の排気ガスをセンサのそれぞれの面に導くことができる。このセンサは酸素濃淡電池なのでセンサの両側の酸素濃度の差によって、図16
(B)のような特性を示す。センサが劣化しない場合は、図5に示したようにNOxの酸素が還元されるので、触媒後流の排ガス中の酸素濃度が大きくなる。センサの両側の酸素濃度差が大きい場合は、(イ)のようにセンサの出力は低くなる。一方、両側の酸素濃度差が小さい場合は、固体電解質66に起電力が発生し(ロ)のように出力は大きくなる。このため、図16(C)に示したように経過時間がたつにつれて、センサの出力は大きくなる。これを検出すれば、触媒の劣化を検出できる。このように、一個のセンサで検出すると、検出面が温度的に同一になっているので検出の温度依存性が少なくなり、検出精度が向上する。
A more specific configuration of the sensor 61 is shown in FIG. A sensor is disposed in the protective tube 70. The exhaust gas side electrode 67 b in the catalyst downstream is grounded by the protective tube 70 through a conductive wire printed on the insulating
The characteristic as shown in (B) is shown. If the sensor does not deteriorate, the oxygen concentration of NOx is reduced as shown in FIG. 5, so that the oxygen concentration in the exhaust gas behind the catalyst increases. When the difference in oxygen concentration on both sides of the sensor is large, the output of the sensor is low as shown in (a). On the other hand, when the difference in oxygen concentration between the two sides is small, an electromotive force is generated in the
図17に検出のフローチャートを示す。まずステップ600でリーン運転域かどうか判断し、さらにリーン運転の場合はステップ610で排気ガス温度Tgがある所定値内にあるかどうかを判断する。温度がある所定値の範囲内になっている場合はセンサも活性化されているし、触媒の温度依存性を回避することができる。このようにセンサが活性化する温度のみを選ぶことによりセンサにヒータを設ける必要がなくなる。その後、ステップ
620でセンサの出力を測定し、ステップ630で劣化度を判定する。この判定法は、検出したセンサの出力値がある基準値以上かあるいは以下かを判定することで行える。そしてステップ640で劣化度を判定してその度合い表示する。
FIG. 17 shows a detection flowchart. First, in
図18に更に別の実施例を示す。リーン運転時には、切換弁6を閉じることにより排気ガスはNOx還元触媒4に流れ、その後流にある三元触媒5に流れる。
FIG. 18 shows still another embodiment. During the lean operation, the exhaust gas flows to the
この時、切換弁6を多少ガスが漏れるように作っておき、図16(A)に示すようなセンサ73に触媒4に上流のガスが流れるようにする。また、センサ73のもう一方の面には触媒4を通ったガスが流れるようになっている。センサの信号はマイクロコンピュータ9に取り込まれて演算処理される。また、切換弁6を開くと排気ガスはNOx還元触媒4には流れずに三元触媒にのみ流れるようになる。
At this time, the switching valve 6 is made so that some gas leaks, and the upstream gas flows to the
図19に別の実施例を示す。ここでは、切換弁6の上流に図16(A)に示すようなセンサ73を配置する。この切換弁6は、マイクロコンピュータ9の指令により駆動装置
74を介して駆動される。センサ73には触媒前後のガスが導かれるようになる。切換弁6の位置をセンサ73の後流に持ってきたのは、センサ73の触媒前流側の面に触媒4後流のガスが流れ込まないようにするためである。
FIG. 19 shows another embodiment. Here, a
図20に更に別の実施例を示した。リーン運転時は切換弁75を開いて排気ガスをNOx還元触媒4に流す。この場合、センサ78の触媒4の後流の排気ガス面には触媒後流のガスが流れるようになる。しかし、切換弁75からはガスが少し排気管76の方に流れるので、センサ78の触媒4の前流排気ガス面には触媒上流のガスが流れるようになっている。リーン運転以外の運転状態では切換弁75を点線のように切り換えて排気ガスを排気管76の方に流す。排気管76には三元触媒5が配置されている。このような構成でも一個のセンサで触媒の劣化を検出できる。
FIG. 20 shows still another embodiment. During the lean operation, the switching
次に触媒の劣化および効率を検出した後に効率を向上させるためのエンジン制御法について説明する。図21はそのシステムの全体面である。触媒4の前後にセンサ7,8が取り付けられている。また、ガスの温度を検出するセンサ80が排気管に取り付けられている。触媒の劣化をセンサ7,8の出力から判断したあとに、図2で示したように、効率が最高となる温度,HC濃度に制御する必要がある。このための方法について説明する。温度を制御する方法としては、一つとしてエンジン1の冷却水86の循環を制御する方法がある。制御弁87により冷却水の循環量を少なくするとエンジン1の燃焼温度が上がって排気温度が上昇する。つまり触媒4が劣化したと判断されたら冷却水の循環を制御して排気ガス温度を上昇させ、効率の低下を防止する。また、温度を制御する別の方法は、点火装置84,点火プラグ20による点火時期を制御することが考えられる。点火時期を遅らせると排気温度は上昇する。つまり、触媒が劣化したら点火時期を多少遅らせて排気温度を上昇させ効率の低下を防止する。また、劣化により要求HC量が変化するので、劣化した場合はHC量を増加しなければならない。その方法を次に説明する。噴射弁19の燃料噴射タイミングを変化させるとHC排出量が変化するので、劣化した場合はコントローラ9により設定燃料噴射タイミングを変化させる。さらに、噴射弁19が気流により燃料を微粒化するエアアシスト噴射弁の場合は、アシストエアを減量するか停止すると燃料の微粒化が悪くなるので、HC排出量が増加する。また、分流弁18が閉じてスワール通路
17を吸気を通すようにすると燃焼室内に旋回流が生成され燃料が改善される。このため、分流弁18を半開きにすることにより、スワール通路17以外を通る空気を増加させることにより、燃焼を悪化させる。このことによりHC排出量が増大する。
Next, an engine control method for improving the efficiency after detecting the deterioration and efficiency of the catalyst will be described. FIG. 21 is an overall view of the system.
さらに、冷却水の循環量を多くしエンジンを冷却するとHC排出量が増加する。また、点火時期を早めてもHC排出量は増加するので、触媒が劣化したらその劣化の度合いに応じて点火時期を早めてもよい。また、排気側でも触媒温度,HC排出量を増大することができる。燃料タンク82内の上部に溜っている燃料の気化分をポンプ83などで触媒上流の排気管に供給する。気化燃料はHCなので、触媒に供給することで触媒の効率を向上することができる。さらに、気化燃料は軽質のHCなので燃焼しやすく、燃焼することによって触媒温度が上昇する。
Furthermore, if the circulation amount of the cooling water is increased and the engine is cooled, the HC emission amount increases. Further, since the amount of HC emission increases even if the ignition timing is advanced, the ignition timing may be advanced according to the degree of deterioration when the catalyst deteriorates. Further, the catalyst temperature and the HC emission amount can be increased on the exhaust side. The fuel vaporized in the upper part of the fuel tank 82 is supplied to the exhaust pipe upstream of the catalyst by a
温度を上昇させる別の方法として、触媒を電気ヒータ88で加熱する方法がある。コントローラ9からの信号により駆動回路81でヒータに電気を供給する。ヒータが加熱され、触媒温度は上昇し効率は向上する。このヒータは触媒の担体を導電性の材料で作って、電気を流すようにしてもよい。
As another method for increasing the temperature, there is a method in which the catalyst is heated by the
図22に触媒の温度を変える別の方法を示した。これは排気管3に燃焼器を設けた構成を採用しているもので、点火装置のための駆動回路90からの電圧で点火プラグ91で火花が形成される。燃料噴射弁92から燃料が燃焼器93内に噴射される。また、燃焼器
93にはポンプ94で空気を供給する。チャンバ93に噴射された燃料は、点火プラグ
91により着火されて触媒前の排気管内に火炎が形成される。この火炎により触媒の温度が上昇する。また、図中には電気ヒータ88の構成も示されている。触媒4の外側を包むようにして電気ヒータ88を構成することにより触媒を加熱することができる。尚、それぞれの方法は、組み合わせてもよいがそれぞれ独立でもよい。つまり、どれか一つの方法のみでも成立する。
FIG. 22 shows another method for changing the temperature of the catalyst. This employs a configuration in which a combustor is provided in the
図23に制御のフローチャートを示す。ステップ710で触媒の劣化度を検出したら、ステップ720でその劣化度に応じてHCの増減が必要かを判断する。必要と判断された場合はステップ730で劣化度に応じてHCの増減量を決定する。その後、ステップ740で図21,図22に示したHC増減手段のどれか一つまたはいくつかを組み合わせて触媒へのHC供給量を増減する。一般的にNOx還元触媒が劣化した場合は、その効率を確保するために触媒へのHC供給量は増加させる必要がある。尚、ステップ710で、触媒の劣化度を検出したら、ステップ750でその劣化度を表示する。
FIG. 23 shows a control flowchart. If the degree of deterioration of the catalyst is detected in
図24に触媒の温度を変更させるための制御フローを示す。ステップ800で触媒の劣化度を検出したら劣化度を表示するとともに、ステップ810で触媒動作温度を変更する必要があるかどうか判断する。必要と判断するとステップ820で温度変化量を決定したら、ステップ830で図21,図22に示した温度変更手段のどちらか一つまたはいくつかを組み合わせて触媒の温度を変更する。その後、ステップ840で所定温度になったかどうかを判断し、所定温度になったらフローを終わる。
FIG. 24 shows a control flow for changing the temperature of the catalyst. If the degree of deterioration of the catalyst is detected in step 800, the degree of deterioration is displayed, and in
図25に触媒の転換効率が常に最高の状態になるように制御する方法のフローを示す。まずステップ900でリーン運転域かどうかを判断し、リーン運転の場合は次にステップ910で定常運転かどうかを判断する。リーン運転中で定常運転の場合は、ステップ920で触媒の効率を測定するセンサの信号をリードし、ステップ930で触媒の転換効率を見積もる。次にステップ940で効率が低くなっている場合は、ステップ950で触媒温度,HC供給量をかえる効率変更変手段によりそれぞれのパラメータを制御する。その後、ステップ960で効率が向上したかどうか判断し、向上した場合はパラメータを変更したままにして終了し、また、効率が向上しなかったら、ステップ970でパラメータを変更しないまえの状態に戻して終わる。このようにすることにより、常に転換効率のよい状態でエンジンを運転することができる。
FIG. 25 shows a flow of a method for controlling so that the conversion efficiency of the catalyst is always in the highest state. First, at
図26に効率,劣化度の別の検出法を示す。図26(A)において触媒4前後のセンサ7,8の出力信号の変動幅ΔVを比較するものである。図26(B),図26(C)に示すように触媒4の上流の酸素濃度が変動している場合、その変動の状況はセンサ7の変動幅ΔV1 の大きさでわかる。触媒が新しい場合は、NOx還元の反応が活発なために触媒4後流の酸素濃度も大きく変動する。しかし、触媒が劣化してくるとNOxの還元作用が鈍くなるので、酸素濃度の変化はあまりなくなる。そこで、触媒4後流のセンサ8の出力信号の変動幅ΔV2 が小さくなる。この変動幅の変化を検出して、触媒の劣化度を検出する。そのフローチャートを図27に示す。ステップ1000でリーン運転域でかどうか判定し、リーン運転域で触媒が所定温度域であるとステップ1010で判定すると、ステップ1020でΔV1,ΔV2を検出して計算する。その後ステップ1030でΔV2/ΔV1を計算する。次にステップ1040でこの値が所定値以下の場合は効率が低下したと判断し、ステップ1050で劣化度表示を行うと共にステップ1060で効率向上手段を動作させる。尚、効率を判断する場合は、効率向上手段の制御を省略することができる。
FIG. 26 shows another method for detecting the efficiency and the degree of deterioration. In FIG. 26A, the fluctuation range ΔV of the output signals of the
図28に更に別の劣化度,効率の検出手段を示す。図28(A)においてエンジン1に供給される空燃比を、燃料噴射弁19の噴射量,スロットル開度を故意に変えることにより変化させて、その時の触媒4の前後のセンサ7,8の信号の挙動の差から触媒の劣化度を検出する。図28(B)に示したように、空燃比をステップ的に変化させた場合、センサ7,8の出力もステップ的に変化する。しかし、触媒が劣化している場合には、触媒前後のセンサ7,8の応答の違いが、劣化していない場合に比べ変化して来る。例えば、図中の実線は空燃比に対して線形な出力を示すセンサの挙動を示したものであるが、応答の時定数τの違いが劣化すると大きくなる。また、点線は通常の酸素センサの出力の挙動を示したものであるが、ここでも応答の時定数τの違いが劣化すると大きくなる。図28
(C)は供給側の空燃比をランダムもしくはある規則に従って変化させる。この時のセンサ7,8の信号の変化の相関性から触媒の劣化度を検出する。センサ8の信号がセンサ7の信号に比べて大きく崩れて(鈍って)いる場合は、触媒が劣化していると判断できる。その時のフローチュートを図29に示す。ステップ1100でリーン運転域及び定常運転と判断すると、ステップ1110で触媒が所定温度域か判断する。次にこれを満足するとステップ1120でエンジンへの供給空燃比を変更する。次にステップ1130でこの時の触媒前後のセンサの信号V1,V2の変化時間τの挙動の違いから、図28に示した方法で触媒の劣化度を検出する。ステップ1140で劣化している場合は、ステップ1150で劣化度を表示し、次にステップ1160で図21,図22に示した効率を向上する手段を動作させる。
FIG. 28 shows still another means for detecting deterioration and efficiency. In FIG. 28A, the air-fuel ratio supplied to the
(C) changes the air-fuel ratio on the supply side at random or according to a certain rule. The degree of catalyst deterioration is detected from the correlation of the signal changes of the
4…NOx還元触媒または三元触媒、5…三元または酸化触媒、7,8…センサ、9…コントロールユニット、17…スワール生成通路、32…固体電解質、34…拡散抵抗体、50,51,52…センサ、57…排気切換弁、82…燃料タンク、88…ヒータ、
91…点火プラグ、92…燃料噴射弁。
DESCRIPTION OF
91 ... Spark plug, 92 ... Fuel injection valve.
Claims (3)
前記NOx触媒と前記三元触媒又は酸化触媒の診断のための運転域を異なるものとしたことを特徴とする触媒の評価方法。 An NOx catalyst for purifying exhaust gas components provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and a composite catalyst comprising a combination of at least any one of a three-way catalyst and an oxidation catalyst, upstream, downstream of the composite catalyst, and the composite In a catalyst evaluation method for evaluating a catalyst constituting the composite catalyst based on a combination of any two of sensor outputs for detecting an exhaust gas specific component disposed between the catalysts,
A method for evaluating a catalyst, characterized in that operating ranges for diagnosis of the NOx catalyst and the three-way catalyst or the oxidation catalyst are different.
前記NOx触媒の診断のための運転域はリーン運転域であり、前記三元触媒又は酸化触媒の診断のための運転域は空気過剰率λ=1の運転域であることを特徴とする触媒の評価方法。 The method for evaluating a catalyst according to claim 1,
The operation region for diagnosis of the NOx catalyst is a lean operation region, and the operation region for diagnosis of the three-way catalyst or the oxidation catalyst is an operation region with an excess air ratio λ = 1. Evaluation methods.
前記NOx浄化触媒の評価を行い、その結果、浄化効率が低下していると判断されたとき、アシストエア噴射弁のアシストエア量、又は、スワール通路流量の少なくともいずれかを制御することにより、前記NOx触媒へ供給されるHCの量を増加するようにしたことを特徴とする触媒効率制御方法。
In the exhaust system of the internal combustion engine, provided with a NOx purification catalyst for purifying NOx in the exhaust gas,
When the NOx purification catalyst is evaluated and, as a result, it is determined that the purification efficiency is lowered, by controlling at least one of the assist air amount of the assist air injection valve or the swirl passage flow rate, the A catalyst efficiency control method characterized in that the amount of HC supplied to a NOx catalyst is increased.
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