CN103502612A - 内燃机的排气气体净化控制装置 - Google Patents

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Abstract

具有：检测单元，其对从配置在上游侧的第1催化剂（126）流出的排气气体的空燃比或浓/稀程度进行检测（128B）；推定单元（128A～12C），其对所述第1催化剂及第2催化剂（127）的氧吸附量进行推定；以及浓空燃比化控制单元（11），其在所述第1催化剂及所述第2催化剂的氧吸附量大于或等于规定值的情况下，暂时改变喷射燃料的浓稀程度而进行浓空燃比化，所述浓空燃比化控制单元在开始所述浓空燃比化后，将所述喷射燃料的浓稀程度设定为与理论配比相比较大的第1浓稀程度，在所述检测单元的输出达到理论配比的空燃比或浓/稀值后，也维持所述第1浓稀程度。

Description

内燃机的排气气体净化控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气气体净化控制装置。
背景技术
已知下述排气气体净化控制装置，即，在排气通路中串联配置多个催化剂，一边利用3个空燃比传感器检测上游侧催化剂和下游侧催化剂的状态，一边控制空燃比的内燃机中，在如燃料切断时这样各催化剂的氧吸附量过剩时，基于下游侧催化剂前后的空燃比传感器的检测值，使空燃比的浓稀程度变化（专利文献1）。
专利文献1：日本特开2002-276433号公报
发明内容
然而，上述现有的控制方法是在浓稀程度的变化控制的后半段，对应于下游侧催化剂前后的空燃比传感器的检测值而从最大浓度的状态开始下降的控制，因此，存在下游侧催化剂的氧吸附能力的恢复效率低的问题。
本发明所要解决的课题在于，提供一种排气气体净化控制装置，其能够有效地恢复下游侧催化剂的氧吸附能力。
本发明是从开始进行浓空燃比化起，将喷射燃料的浓稀程度设定为与理论配比相比较大的第1浓稀程度，在从上游侧催化剂中流出的排气气体的空燃比达到理论配比后，也维持该第1浓稀程度，由此解决上述课题。
发明的效果
根据本发明，在从上游侧催化剂中流出的排气气体的空燃比达到理论配比后，也维持第1浓稀程度，从而能够急速地对吸附在下游侧催化剂上的氧进行还原，能够有效地恢复下游侧催化剂的氧吸附能力。
附图说明
图1是表示使用了本发明的一个实施方式的内燃机的框图。
图2是表示在图1的发动机控制单元中执行的排气气体净化控制的顺序的流程图。
图3是表示在图1的发动机控制单元中执行的排气气体净化控制的其他顺序的流程图。
图4是表示执行图2及图3的控制时的各要素的时间状态的时序图。
具体实施方式
图1是表示使用了本发明的一个实施方式的发动机EG的框图，在发动机EG的进气通路111中设置有空气滤清器112、检测吸入空气流量的空气流量计113、控制吸入空气流量的节流阀114及集气管115。
在节流阀114中设置有对该节流阀114的开度进行调整的DC电动机等致动器116。该节流阀致动器116为了实现基于驾驶者的加速器踏板操作量等而运算出的要求扭矩，基于来自发动机控制单元11的驱动信号，对节流阀114的开度进行电子控制。另外，设置有对节流阀114的开度进行检测的节气门传感器117，将其检测信号向发动机控制单元11输出。此外，节气门传感器117还可以起到作为怠速开关的功能。
另外，设置有朝向从集气管115向各气缸分支的进气通路111a的燃料喷射阀118。燃料喷射阀118通过在发动机控制单元11中设定的驱动脉冲信号而被开阀驱动，将从未图示的燃料泵压送过来后通过压力调节器控制为规定压力的燃料，向进气通路（以下，还称为燃料喷射口）111a内喷射。此外，也可以取代使燃料喷射阀118朝向燃料喷射口111a的结构，而使其朝向燃烧室123，成为向该燃烧室123直接喷射燃料的所谓直喷型燃料喷射。
由缸体119、在该缸体内往返移动的活塞120的冠顶面、和设置有进气阀121及排气阀122的气缸盖包围的空间构成燃烧室123。火花塞124朝向各气缸的燃烧室123而安装，基于来自发动机控制单元11的点火信号，对吸入混合气体进行点火。
另一方面，在排气通路125中串联设置用于净化排气的排气净化催化剂126、127。本例的排气净化催化剂126、127使用下述的催化剂，即，在吸附碳氢化合物HC等未燃气体的多孔结晶硅铝酸盐（所谓沸石）上，承载三元催化剂或氧化催化剂。由沸石等构成的吸附材料具有下述特性，即，在低温区域中物理吸附未燃气体，另一方面，在大于或等于150℃的高温区域中被吸附的未燃气体通过分子运动而从吸附材料中脱离。
另外，承载在沸石等吸附材料上的三元催化剂，如果达到活性温度，则在理论配比（理论空燃比，λ=1、空气重量/燃料重量=14.7）附近，对排气中的一氧化碳CO和碳氢化合物HC进行氧化，并且，进行氮氧化物NOx的还原，能够净化排气。另外，氧化催化剂对排气中的一氧化碳CO和碳氢化合物HC进行氧化。
此外，在本例中，将吸附未燃气体的吸附材料和三元催化剂或氧化催化剂作为一个排气净化催化剂构成，将这种催化剂126、127串联配置2个，但也可以配置大于或等于3个催化剂。以下，将排气通路125的上游侧的催化剂称为第1催化剂126，将下游侧的催化剂称为第2催化剂127。
在排气通路125中设置有通过对排气中的特定成分、例如氧浓度进行检测，从而对排气、进而对吸入混合气体的空燃比进行检测的3个空燃比传感器128A、128B、128C，它们的检测信号分别向发动机控制单元11输出。该空燃比传感器128可以是输出浓/稀程度的氧传感器，也可以是线性地在较宽的区域内检测空燃比的宽域空燃比传感器。
在排气通路125中设置的3个空燃比传感器中的第1空燃比传感器128A，设置在第1催化剂126的入口附近，对流入该第1催化剂126的排气气体的空燃比或浓/稀程度进行检测，并向发动机控制单元11输出。第2空燃比传感器128B设置在第1催化剂126和第2催化剂127之间的排气通路125中，对流出第1催化剂126后流入第2催化剂的排气气体的空燃比或浓/稀程度进行检测，并向发动机控制单元11输出。第3空燃比传感器128C设置在第2催化剂127的出口附近，对流出该第2催化剂127的排气气体的空燃比或浓/稀程度进行检测，并向发动机控制单元11输出。
此外，在图1中，129为消声器。
在发动机EG的曲轴130上设置有曲轴角传感器131，发动机控制单元11能够通过在一定时间内对与内燃机旋转同步地从曲轴角传感器131输出的曲轴单位角信号进行计数，或通过测量曲轴基准角信号的周期，从而检测内燃机转速Ne。
在发动机EG的冷却套132上，朝向该冷却套而设置有水温传感器133，该水温传感器133对冷却套132内的冷却水温度Tw进行检测，并将其向发动机控制单元11输出。
通常的空燃比反馈控制，是在由水温传感器133检测出的发动机冷却水的水温大于或等于规定温度，发动机EG的运行状态不是处于高转速·高负载区域的情况下执行的。如果说明其一个例子，首先利用第3空燃比传感器128C检测从第2催化剂127流出的排气气体的空燃比，基于该第3空燃比传感器128C的输出，设定从第1催化剂126流出的排气气体的目标空燃比。然后，利用第2空燃比传感器128B检测从第1催化剂126流出的排气气体的空燃比，基于与上述目标空燃比的偏差，设定向第1催化剂126流入的排气气体的目标空燃比。然后，基于该目标空燃比与第1空燃比传感器128A的输出的偏差，计算空燃比校正系数。利用该空燃比校正系数，对导入至燃烧室123中的吸入空气的空燃比进行反馈控制。
而且，在发动机EG运行中，例如，如果加速器开度为零且发动机转速大于或等于规定值，或发动机转速进入红色区域（Redzone），则为了燃料削减或防止发动机转速的过度上升，发动机控制单元11暂时中断来自燃料喷射阀118的燃料喷射。如果实施这样的减速时燃料切断或高转速时燃料切断，则吸入至燃烧室123中的氧不会燃烧而直接向排气通路125排出，因此，第1催化剂126及第2催化剂127的氧吸附量大幅增加。如上所述，如果第1催化剂126及第2催化剂127的氧吸附量过多，则排气气体中的NOx的处理能力下降。
因此，在本例中，在燃料切断结束而重新开始燃料喷射时，执行下述控制，即，将导入至燃烧室123的混合空气的空燃比暂时浓空燃比化，使吸附在第1催化剂126及第2催化剂127中的氧气与排气气体中的浓空燃比成分（HC、CO等）反应，将这些第1催化剂126及第2催化剂127的氧吸附量迅速减少。而且此时，特别地为了有效地减小下游侧催化剂（在本例中是第2催化剂127）的氧吸附量，执行以下控制。
图2是控制流程图，图4是控制时序图，首先，在步骤S201中判断燃料切断条件是否成立，在燃料切断条件不成立的情况下，不执行步骤S202～S211的处理而结束该程序，执行上述通常的空燃比反馈控制等。在燃料切断条件成立的情况下，进入步骤S202。燃料切断条件例如是上述的减速时燃料切断或高转速时燃料切断等条件。
在步骤S202中，基于第1空燃比传感器128A、第2空燃比传感器128B以及发动机转速（排气量）的各检测值，对由第1催化剂126吸附的氧吸附量进行推定。同样地，在步骤S203中，基于第2空燃比传感器128B、第3空燃比传感器128C以及发动机转速（排气量）的各检测值，对由第2催化剂127吸附的氧吸附量进行推定。这些氧吸附量的推定运算直至在步骤S204中结束燃料切断为止持续进行。图4的第1催化剂O2量、第2催化剂O2量表示在步骤S202、S203中计算出的氧吸附量，与开始燃料切断（时间t1）大致同时地，第1催化剂126的氧吸附量增加，稍微延迟（时间t2）后，第2催化剂127的氧吸附量增加。
如果在步骤S204中确认燃料切断结束（时间t3），则进入步骤S205，将导入至燃烧室123中的混合空气的空燃比设定为与理论配比相比燃料浓的第1浓稀程度。而且，在步骤S206中判断第2空燃比传感器128B的输出是否超过规定的Vs1，如果第2空燃比传感器128B的输出超过Vs1（时间t4），则进入步骤S207。该第2空燃比传感器128B的阈值Vs1例如是第1催化剂126恢复至理论配比的状态的输出值。
在步骤S207中，根据在步骤S203中计算出的第2催化剂127的氧吸附量开始进行减法运算（时间t4～t5）。该减法运算基于第2空燃比传感器128B、第3空燃比传感器128C以及发动机转速（排气量）计算。而且，在步骤S208中，如果确认到第2催化剂127的氧吸附量减小至目标氧吸附量，则进入步骤S209。该目标氧吸附量能够通过实验或模拟预先确定。此外，在本例的步骤S208中，判断为从第2催化剂127的氧吸附量中减去了规定的富余量而得到的值是否减小至目标氧吸附量。
在步骤S209中，将导入至燃烧室123中的混合空气的空燃比，切换为与第1浓稀程度相比燃料稀而与理论配比相比燃料浓的第2浓稀程度（时间t5）。而且，在步骤S210中，判断第3空燃比传感器128C的输出是否超过规定的Vs2，如果第3空燃比传感器128C2的输出超过Vs2（时间t6），则进入步骤S211，结束浓空燃比化控制。该第3空燃比传感器128C的阈值Vs2例如是第2催化剂127恢复到理论配比状态的输出值。
如上所述，根据本例的排气气体净化控制，对于与燃料切断相伴的第1催化剂126及第2催化剂127的氧吸附能力的恢复处理，在恢复第1催化剂126的氧吸附能力后，直至第2催化剂的氧吸附量减小至目标值为止，都在浓稀程度较大的第1浓稀程度下执行，因此，如图4所示，第2催化剂127的氧吸附量的减小率较大（时间t4～t5的减小斜率的绝对值较大），与在该图中用虚线示出的现有方法相比，能够高效地恢复氧吸附能力。因此，如该图所示，NOx转换效率提高。
在上述实施方式中，将燃料喷射的浓稀程度从第1浓稀程度切换至第2浓稀程度的定时设为第2催化剂127的氧吸附量达到目标氧吸附量的时刻（图2的步骤S208），但在该时刻，第2催化剂127的上游侧的排气通路125中充满第1浓稀程度的燃料浓的还原剂，因此，也可以将该还原剂量作为基准，判断切换的定时。图3是其他实施方式涉及的控制流程。
从步骤S301至步骤S307与上述图2的从步骤S201至步骤S207的控制内容相同，因此，省略其说明。在步骤S308中，从在步骤S307中减法运算而得到的第2催化剂127的氧吸附量进一步减去富余量，然后在步骤S309中计算残留在第2催化剂127的上游侧的排气通路125中的燃料浓的还原剂量。该还原剂量是通过校正系数，利用第2催化剂127的上游侧的排气通路125的容积进行计算，该校正系数对空燃比的浓稀程度（在这里是第1浓稀程度）和吸入空气量、以及与氧的反应比例进行校正。
而且，在步骤S310中，如果确认到下述情况，则进入步骤S311，即，从第2催化剂127的氧吸附量中减去富余量而得到的值，减小至与第2催化剂127上游侧的残留还原剂正好地反应的量（由于减小富余量，因此小于正好反应的量）。此外，步骤S308及S310的富余量也可以设置为零。
在步骤S311中，将导入至燃烧室123中的混合空气的空燃比，切换至与第1浓稀程度相比燃料较稀而与理论配比相比燃料较浓的第2浓稀程度。而且，在步骤S312中，判断第3空燃比传感器128C的输出是否超过规定的Vs2，如果第3空燃比传感器128C的输出超过Vs2（时间t6），则进入步骤S313，结束浓空燃比化控制。
通过如上所述构成，对于与燃料切断相伴的第1催化剂126及第2催化剂127的氧吸附能力的恢复处理，在第1催化剂126的氧吸附能力恢复后，直至第2催化剂的氧吸附量减小至目标値为止，都在浓稀程度较大的第1浓稀程度下执行，因此，如图4所示，第2催化剂127的氧吸附量的减小率较大（时间t4～t5的减小斜率的绝对值较大），与在该图中用虚线示出的现有方法相比，能够高效地恢复氧吸附能力。因此，如该图所示，NOx转换效率提高。另外，如果确认到第2催化剂127的氧吸附量减小至与第2催化剂127上游侧的残留还原剂彼此正好地氧化·还原反应的量为止，则切换为与第1浓稀程度相比燃料较稀而与理论配比相比燃料较浓的第2浓稀程度，因此，第2催化剂127下游侧的第3空燃比传感器128C检测浓空燃比时，浓稀程度成为与第1浓稀程度相比较小的第2浓稀程度，能够对通过第2催化剂127的燃料成分进行抑制。特别地，即使吸入空气量变化，也能够在最佳定时切换燃料喷射的浓稀程度。
上述第2空燃比传感器128B相当于本发明涉及的检测单元，上述第1空燃比传感器128A、第2空燃比传感器128B、第3空燃比传感器128C、曲轴角传感器131相当于本发明涉及的推定单元，上述发动机控制单元11相当于本发明涉及的浓空燃比化控制单元。
标号的说明
EG…发动机（内燃机）
11…发动机控制器
111、111a…进气通路
112…空气滤清器
113…空气流量计
114…节流阀
115…集气管
116…节流阀致动器
117…节气门传感器
118…燃料喷射阀
119…缸体
120…活塞
121…进气阀
122…排气阀
123…燃烧室
124…火花塞
125…排气通路
126…第1催化剂
127…第2催化剂
128A…第1空燃比传感器
128B…第2空燃比传感器
128C…第3空燃比传感器
129…消声器
130…曲轴
131…曲轴角传感器
132…冷却套
133…水温传感器

Claims (3)

1.一种内燃机的排气气体净化控制装置，该内燃机在排气通路中串联配置有多个催化剂，
该内燃机的排气气体净化控制装置的特征在于，具有：
检测单元，其对从配置在上游侧的第1催化剂流出的排气气体的空燃比或浓/稀进行检测；
推定单元，其对所述第1催化剂及所述第2催化剂的氧吸附量进行推定；
浓空燃比化控制单元，其在推定所述第1催化剂及所述第2催化剂的氧吸附量大于或等于规定值的情况下，暂时改变喷射燃料的浓稀程度，从而进行浓空燃比化，
所述浓空燃比化控制单元，在开始所述浓空燃比化后，将所述喷射燃料的浓稀程度设定为与理论配比相比较大的第1浓稀程度，在所述检测单元的输出达到理论配比的空燃比或浓/稀值后，也维持所述第1浓稀程度。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气气体净化控制装置，
所述浓空燃比化控制单元，
直至所述第2催化剂的氧吸附量小于或等于目标氧吸附量为止，维持所述第1浓稀程度，
如果所述第2催化剂的氧吸附量小于或等于目标氧吸附量，则将浓稀程度设定为与所述第1浓稀程度相比较小的第2浓稀程度。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气气体净化控制装置，
所述浓空燃比化控制单元，
直至所述第2催化剂的氧吸附量成为与存在于该第2催化剂上游侧的排气通路中的还原剂彼此正好地反应的量为止，维持所述第1浓稀程度，
如果所述第2催化剂的氧吸附量成为与所述还原剂彼此正好地反应的量，则将浓稀程度设定为与所述第1浓稀程度相比较小的第2浓稀程度。
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