JP2639157B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2639157B2
JP2639157B2 JP2029541A JP2954190A JP2639157B2 JP 2639157 B2 JP2639157 B2 JP 2639157B2 JP 2029541 A JP2029541 A JP 2029541A JP 2954190 A JP2954190 A JP 2954190A JP 2639157 B2 JP2639157 B2 JP 2639157B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、排気系にいわゆるリーンNOx触媒を備え、
吸気系に2つのポートを有しその一方にスワールコント
ロールバルブ(以下、SCVという)を備えた内燃機関の
排気浄化装置に関し、リーンNOx触媒のNOx還元反応に必
要とされるHCをSCVの開度調整によって増やし、NOx浄化
率を向上させるようにした排気浄化装置に関する。
〔従来の技術〕
特開平1−163432号公報は、2つの吸気ポートを有
し、その一方にSCVを備え、SCVの開度を制御することに
より、超希薄空燃比での燃焼を実現し、これにより燃費
を向上させた希薄燃焼内燃機関を開示している。
希薄空燃比領域においては、従来の触媒ではNOxを還
元できないので、希薄空燃比でもNOxを還元できる触媒
を、内燃機関の排気系に装着することが必要になる。
希薄空燃比領域でもNOxを還元できる触媒として、特
開平1−130735号公報、特願昭63−95026号は、遷移金
属を担持せしめたゼオライトからなり、酸化雰囲気中、
HC存在下でNOxと反応するリーンNOx触媒を教示してい
る。
リーンNOx触媒のNOx還元メカニズムは、第9図に示す
如く、HCの一部、部分酸化により生成される活性種とNO
xとの反応であると推定される。したがって、排気中のH
Cの量が増える程、活性種の量が増え、リーンNOx触媒の
NOx浄化率が向上する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような、2吸気ポートの一方にSCVを装えた希
薄燃焼内燃機関にリーンNOx触媒を装着した場合、運転
状態によっては、排気中のHC量、したがって活性種が不
足し、NOx浄化率が低下するという問題が生じる。
たとえば、希薄空燃比領域運転時に、排気温度が高く
なると、HCの直接酸化(完全酸化)が激しくなって部分
酸化が少なくなり、活性種の生成が少なくなって、NOx
浄化率が低下するという問題が生じる。
本発明は、SCDの開度を制御して、燃焼室内スワール
の強さ、従って、燃料の微粒化の程度を制御し、これに
よって排気中のHC量を制御して、リーンNOx触媒のNOx浄
化率を高めることを目的とする。
〔課題を達成するための手段〕
上記目的は、本発明によれば、第1図に示す如く、排
気系12に、遷移金属或いは貴金属を担持せしめたゼオラ
イトからなり酸化雰囲気中HC存在下でNOxを還元するい
わゆるリーンNOx触媒14を備え、吸気系16に、2つのポ
ート18、20を有し、その一方にSCV22を備えた内燃機関
の排気浄化装置において、運転状態に基づいてSCV開度
を設定する開度設定手段2と、HCの部分酸化により生成
される活性種の量がリーンNOx触媒14のNOx還元に必要と
される活性種量に対して不足しているか否かを判断する
HC不足判断手段4と、HC不足判断手段4によってHCが不
足していると判断されるときSCV22の開度増加量を設定
する開度増加量設定手段6と、設定開度と開度増加量に
基づいてSCV22の開度を調整する開度調整手段8とを備
えた内燃機関の排気浄化装置によって達成される。
〔作用〕
HC不足判断手段4によりHCが不足していると判断され
ると、SCV開度が増加され、燃焼室内スワールが弱めら
れ、燃料の微粒化が悪化する。これにより、排気中のHC
が増加し、活性種が増加して、リーンNOx触媒14のNOx浄
化率が向上する。
〔実施例〕
第2図、第3図は本発明の望ましい実施例を、系統図
で示している。内燃機関10の排気系にはリーンNOx触媒1
4が設けられており、その下流に三元触媒40が設けられ
ている。
内燃機関10の吸気系16は、2つのポート18、20を有
し、一方のポート20は燃焼室内にスワールSを生成せし
めるスワールポートからなり、他方のポートはストレー
トに燃焼室内に吸気を導入するストレートポートからな
る。ストレートポート18には、該ストレートポート18を
開閉可能なSCV22が設けられており、SCV22を開にしたと
きは、ストレートポート18から導入された吸気がスワー
ルに対向してスワールを弱める。SCV22の開閉は、たと
えばステップモータ24によって行われ、全閉、中間、全
開の少なくとも3つの開度がとれるようになっている。
吸気系16には、前記2つのポート18、20の上流に、燃
料噴射弁42が設けられ、絞り弁26、サージタンク28を流
れてくる吸気に、エンジンコントロールコンピュータ
(ECU)30の出力信号に従って、所定の噴射時期、期間
で、燃料を噴射する。なお、44はディストリビュータで
あり、それに内蔵されたクランク角度センサ46、48によ
ってクランク角度が検出され、燃料噴射タイミング、エ
ンジン回転速度演算、後述する演算ルーチンの割込み信
号のための入力信号がECU30に送られる。
吸気系16、排気系12には、後述する演算で用いられる
運転状態に関する情報を出力する各種のセンサが設けら
れる。詳しくは、吸気系16には、たとえばサージタンク
28に、吸気管圧力を検出して出力する吸気管圧力センサ
32が設けられ、排気系12には、たとえばリーンNOx触媒1
4の上流に、空燃比A/Fを検出して出力するA/Fセンサ36
と、排気温度を検出して出力する排気温センサ38が設け
られる。A/Fセンサ36と排気温センサ38は、HC不足か否
かを間接的に判断するときの情報として用いられ、この
間接的判断の場合は第1実施例として後述する。HC不足
か否かは、たとえばリーンNOx触媒14の下流に、HC濃度
を検出して出力するHCセンサ50を設け、HCセンサ50の出
力を用いて直接的に判断してもよい。この直接的判断の
場合は、第2実施例として後述する。
ECU30は、演算を実行するセントラルプロセッサユニ
ット(CPU)、読出し専用メモリのリードオンリメモリ
(ROM)、データ一時記憶用のランダムアクセスメモリ
(RAM)、アナログ信号入力を受けてディジタル信号に
変換するA/Dコンバータ、ディジタル信号入力を受ける
入力インターフェイス、CPUの演算結果に基づく指令信
号を出力する出力インターフェイス、およびこれらを互
いに接続するパスからなるマイクロコンピュータから構
成されている。ROMには、燃料噴射を制御する演算プロ
グラム等、内燃機関の運転を制御するプログラムに加え
て、SCV22の開度を制御するために、第4図〜第7図の
プログラム、マップ、および/または第8図のプログラ
ムが記憶されており、CPUに読出されて、演算が実行さ
れる。
第4図〜第7図は、HCが不足するか否かを空燃比、排
気温度を用いて間接的に判断する場合に係る本発明の第
1実施例を示している。
第4図のSCV開度制御ルーチンは、所定クランク角度
毎に割込まれる。ステップ100で、クランク角度センサ4
6または48の出力を演算して得たエンジン回転数(エン
ジン回転速度)NE、吸気管圧力センサ32の出力の吸気管
圧力PMを読込む。ステップ101で、現在のエンジン回転
数NEが所定のエンジン回転数N1より大か否かを判断し、
ステップ102で現在の吸気管圧力PMが所定の吸気管圧力P
1より大か否か、すなわち軽負荷か否かを判断する。エ
ンジン回転数NEがN1以下で、かつ、吸気管圧力PMがP1以
下のとき、すなわち比較的低回転で軽負荷の時のみ、ス
テップ104に進んで、SCV開度θを全閉開度「θ閉」に設
定し、それ以外の時は、ステップ103に進んでSCV開度θ
を全開開度「θ開」に設定する。第6図はこの関係をマ
ップで示している。ここで、ステップ100〜104は、第1
図に延べた開度設定手段2を構成する。
続いて、第5図のルーチンに移る。第5図のルーチン
において、ステップ110で空燃比A/F、排気温度THを読込
む。ついで、ステップ111で現在の空燃比A/Fが所定の空
燃比Aより大か否かを判断し、ステップ112で現在の排
気温度THが所定の排気温度T1より大か否かを見る。ステ
ップ111、112で、空燃比A/Fが所定の空燃比A以下、す
なわち比較的リッチで、排気温度THが所定の排気温度T1
(たとえば600℃)以下であれば、排気中のHCも比較的
多量にある(直接酸化が進まないため)から、第4図で
設定したSCV開度を補正する必要がなく、ステップ115に
進んで、ステップモータ24へ、第4図で定めたSCV開度
θを出力して、リターンする。
ステップ111、112で、空燃比A/F>A、かつ、排気温
度TH>T1のときは、リーンでかつ排気温度が高いから、
HCの直接酸化が進んで活性種が不足するから、HC不足と
判断し、ステップ113、114へと進む。ここで、ステップ
111、112は第1図で述べたHC不足判断手段4を構成す
る。
ステップ111、112でHC不足と判断された場合は、ステ
ップ113に進み、ステップ100で読込んでおいたエンジン
回転数NE、吸気管圧力PMの関数として、SCV22の開度増
加量△θを演算し求める。この演算は、ROMに記憶され
たマップをCPUに読出して行う。このマップはエンジン
回転数NEが高くなる程、かつ吸気管圧力PMが高くなる
程、開度増加量△θが大になるように定められている。
ここで、ステップ113は、第1図で述べた開度増加量設
定手段6を構成する。
続いて、ステップ114に進み、第4図のステップ103ま
たは104で演算したSCV22の設定開度θと、第5図のステ
ップ113で演算した開度増加量△θとを加算して、SCV開
度θを調整する。ここで、ステップ114は、第1図で述
べた開度調整手段8を構成する。続いて、ステップ115
に進み、ステップモータ24にステップ114で求めた開度
θを出力し、SCV開度を求めた開度θに調整する作動を
実行し、その後リターンする。第7図は、θ、△θ、SC
V22の全閉、中開、全開の関係を示している。
第8図は、HCが不足するか否かを、排気中のHC濃度を
用いて、直接的に判断する場合に係る本発明の第2実施
例を示している。ただし、第2実施例では、第4図のル
ーチンに関しては、第1実施例と同じであり、第4図の
ルーチンから第8図のルーチンへと進むようになってい
る。
第8図において、ステップ120でHCセンサ50の出力のH
C濃度VHCを読込む。続いてステップ121に進み、現在のH
C濃度VHCが、所定のHC濃度V0より小さいか否かを判断す
る。VHC<V0ならHC不足である。ここで、ステップ121
は、第1図で述べたHC不足判断手段4を構成する。
ステップ121でVHCがV0以上であれば、HCは不足してい
ないからSCV22の開度を調整する必要がないので、その
ままステップ124に進み、第4図で求めたSCV開度θを出
力し、リターンする。
ステップ121でVHC<V0なら、HCが不足する状態だか
ら、ステップ122に進んで、HC濃度VHCの関数としてSCV
開度の増加量△θを求める。ただし、△θはVHCの値の
如何を問わず一定であってもよい。ここで、ステップ12
2は第1図で述べた開度増加量設定手段6を構成する。
続いて、ステップ122に進み、第4図で求めたSCV開度
θと第5図のステップ122で求めた開度増加量△θを加
算して、SCV22のとるべき開度θを演算する。ここで、
ステップ123は、第1図で述べた開度調整手段8を構成
する。そして、リターンする。
つぎに作用を説明する。
排気温度THが所定温度T1(たとえば600℃)以下とな
るような軽負荷では、HCは多いため、リーンNOx触媒14
は十分働くので、SCV22は全閉とされる。したがって、
十分強いスワールで燃料が微粒化され、良好な燃焼が行
われる。
空燃比A/Fがリーンでも、排気温度THが所定温度T1を
超えるような軽負荷域では、排気系でのHCの直接酸化反
応が激しいために、活性種の生成量が少なくなるが、こ
の時はSCV22の開度は△θ増加されて中間開度となるの
で、燃焼室内スワールが弱められ、燃料の微粒化が抑え
られ、排気中のHCは増加する。したがって、リーンNOx
触媒14のNOx浄化率が高く保たれる。
空燃比A/Fが所定の空燃比Aよりリッチであれば、ポ
ンピング損失低減のために、SCV22は全開状態とされ、
エミッションは三元触媒40で浄化される。
〔発明の効果〕
本発明では、開度設定手段でSCV開度を設定し、HC不
足判定手段でHCが不足するか否かを判断し、不足と判断
されたとき、開度増加量設定手段でSCV開度の増加量を
設定し、前記設定SCV開度と前記開度増加量とに基づい
てSCV開度を調整し、この調整された開度にSCVを制御す
るようにしたので、HC不足の時はSCV開度が増加され
て、燃焼室内スワールを弱めることができ、これによっ
て燃料の微粒化および完全燃焼を抑えて排気中のHCを増
加させて、リーンNOx触媒のNOx浄化率を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の制御系
統図、 第2図は本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統を伴なう概略側面図、 第3図は第2図の概略平面図、 第4図は本発明の第1実施例、第2実施例の制御フロー
図、 第5図は本発明の第1実施例に係る、第4図のフローに
続く制御フロー図、 第6図はエンジン回転数NE、排気温度PM−SCV開閉マッ
プ図、 第7図はSCV開度−SCV開閉図、 第8図は本発明の第2実施例に係る、第4図のフローに
続く制御フロー図、 第9図はリーンNOx触媒のNOx還元メカニズム図、 である。 2……開度設定手段 4……HC不足判断手段 6……開度増加量設定手段 8……開度調整手段 10……内燃機関 12……排気系 14……リーンNOx触媒 16……吸気系 18、20……ポート 22……スワールコントロールバルブ(SCV) 30……ECU 32……吸気管圧力センサ 36……A/Fセンサ 38……排気温センサ 50……HCセンサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気系に、遷移金属或いは貴金属を担持せ
    しめたゼオライトからなり酸化雰囲気中HC存在下でNOx
    を還元するいわゆるリーンNOx触媒を備え、吸気系に、
    2つのポートを有し、その一方にスワールコントロール
    バルブを備えた内燃機関の排気浄化装置において、運転
    状態に基づいてスワールコントロールバルブ開度を設定
    する開度設定手段と、HCの部分酸化により生成される活
    性種の量がリーンNOx接触のNOx還元に必要とされる活性
    種量に対して不足しているか否かを判断するHC不足判断
    手段と、HC不足判断手段によってHCが不足していると判
    断されるときスワールコントロールバルブの開度増加量
    を設定する開度増加量設定手段と、設定開度と開度増加
    量に基づいてスワールコントロールバルブの開度を調整
    する開度調整手段とを備えたことを特徴とする内燃機関
    の排気浄化装置。
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