JP2800581B2 - 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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JP2800581B2
JP2800581B2 JP4230561A JP23056192A JP2800581B2 JP 2800581 B2 JP2800581 B2 JP 2800581B2 JP 4230561 A JP4230561 A JP 4230561A JP 23056192 A JP23056192 A JP 23056192A JP 2800581 B2 JP2800581 B2 JP 2800581B2
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/18Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an adsorber or absorber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12Hydrocarbons

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、特に機関の冷間時に排気中の炭化水素(以下
「HC」という)を吸着材に吸着させ暖機完了後に脱離
させて処理するようにした排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の始動直後においては、機関か
らの排気中にHCが比較的多量に含まれ、また三元触媒
の温度が活性温度に達しないためにHCが浄化されにく
い。このため、例えば特開昭62−174522号公報
に示されるように、三元触媒の上流にて、排気通路の主
通路に対し並列に副通路を設けて、この副通路にHCの
吸着材を介装する一方、主通路及び副通路への排気の流
れを制御する弁装置を設け、この弁装置を制御すること
により、機関の冷間時に排気の全てを吸着材に流通させ
て、排気中のHCを吸着材に吸着させている。そして、
暖機完了後に排気の一部を吸着材に流通させて、吸着材
からHCを脱離させ、この脱離したHCを下流側の三元
触媒により浄化させている。
【0003】また、特開昭55−101715号公報に
示されるように、上記と同様に機関の冷間時に排気中の
HCを吸着材に吸着させ、暖機完了後は、吸着材への排
気の流通を停止させ、エアポンプにより2次空気を吸着
材に供給してHCを脱離させ、この脱離したHCを含ん
だ空気を三元触媒の上流に導入して、三元触媒により浄
化させるようにしたものもある。
【0004】このように吸着材からHCを脱離させて三
元触媒により処理する方式には、吸着材に排気の一部を
導いて脱離させる方式と、吸着材にエアポンプからの2
次空気を導いて脱離させる方式とがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方式、すなわち吸着材に排気の一部を導いて脱離させる
方式においては、脱離したHCにより、三元触媒入口で
の空燃比がリッチ化し、三元触媒のHC,COの転換効
率が低下するという問題点があった。また、後者の方
式、すなわち、吸着材にエアポンプからの2次空気を導
いて脱離させる方式においては、エアポンプから2次空
気によって脱離したHCを酸化させるため、前者の方式
に較べれば、三元触媒入口での空燃比のリッチ化を防止
できるものの、エアポンプからの空気供給量はON・O
FF制御のため一定で、三元触媒入口の空燃比を精度よ
く制御できないという問題点があった。
【0006】本発明は、このような実情に鑑み、吸着材
からHCを脱離させて三元触媒により処理する方式とし
て、エアポンプの不要な、吸着材に排気の一部を導いて
脱離させる方式を採用する一方、脱離時に三元触媒入口
の空燃比を精度よく制御して、脱離時の転換効率の低下
を防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、図
1に示すように、三元触媒の上流にて、排気通路の主通
路に対し並列に副通路を設けて、この副通路にHCの吸
着材を介装する一方、主通路及び副通路への排気の流れ
を制御する弁装置と、この弁装置を制御することによ
り、機関の冷間時に排気の全てを吸着材に流通させて排
気中のHCを吸着させ、暖機完了後に排気の一部を吸着
材に流通させてHCを脱離させる制御装置とを備える内
燃機関の排気浄化装置において、前記制御装置による吸
着材からのHCの脱離時に、脱離開始からの時間に応じ
て、機関吸入混合気の空燃比をリーン側へ制御する脱離
時空燃比リーン化手段を設ける構成としたものである。
【0008】
【作用】上記の構成においては、暖機完了後に排気の一
部を吸着材に流通させて、吸着材からHCを脱離させ、
この脱離したHCを下流側の三元触媒により浄化させる
際、かかる脱離開始からの時間に応じて、機関吸入混合
気の空燃比をリーン側へ制御する。
【0009】時間に応じて制御するのは、脱離開始直後
はHCが多量に脱離され、その後は徐々に脱離量が減少
するため、これに合わせてリーン化の程度を制御するた
めである。これにより、脱離時における三元触媒入口の
空燃比を適正化することができ、三元触媒の転換効率の
低下を防止することが可能となる。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図2は一
実施例のシステム構成を示している。機関1の各気筒の
燃焼室には、エアクリーナ2から、スロットル弁3、吸
気マニホールド4を介して、空気が吸入される。吸気マ
ニホールド4の各ブランチ部にはそれぞれ電磁式の燃料
噴射弁5が設けられており、各燃料噴射弁5から噴射さ
れる燃料により混合気が生成されて、燃焼室内で燃焼す
る。
【0011】機関1からの排気は、排気マニホールド6
を経て、排気管7に至る。この排気管7の途中におい
て、排気通路は主通路8と副通路9とに分岐していて、
副通路9に活性炭あるいはゼオライトを主成分とするH
Cの吸着材10が介装されている。そして、主通路8及び
副通路9への排気の流れを制御するための弁装置とし
て、主通路8に電磁開閉式の主通路弁11が介装され、副
通路9の吸着材10下流側にに電磁開閉式の副通路弁12が
介装されている。尚、弁装置としては主通路8及び副通
路9の分岐部に流路切換弁を設けてもよい。
【0012】主通路8と副通路9とが合流した後の排気
管7の下流側には、三元触媒13が設けられ、排気は三元
触媒13を通過後、図示しないマフラーを経て排出され
る。ここにおいて、燃料噴射弁5の他、主通路弁11及び
副通路弁12は、燃料噴射及びHC吸着・脱離の制御装置
としてのコントロールユニット14により制御される。
【0013】コントロールユニット14は、マイクロコン
ピュータを内蔵するもので、各種のセンサから信号が入
力されている。前記各種のセンサとしては、機関1の吸
入空気流量Qを検出するエアフローメータ15、機関1の
回転信号を出力し間接的に機関回転数Nを検出できるク
ランク角センサ16、機関1のウォータジャケット内の冷
却水温度(以下単に水温という)Twを検出する水温セ
ンサ17、排気マニホールド6に装着されて機関1からの
排気中のO2 濃度を介して機関吸入混合気の空燃比のリ
ッチ・リーンを検出できるO2 センサ18等が設けられて
いる。
【0014】図3はコントロールユニット14により所定
時間Δt毎に実行される燃料噴射量制御及びHC吸着・
脱離制御のフローチャートである。ステップ1(図には
S1と記してある。以下同様)では、エアフローメータ
15からの信号に基づいて吸入空気流量Qを検出する。ス
テップ2では、クランク角センサ16からの信号に基づい
て機関回転数Nを検出する。そして、ステップ3では、
吸入空気流量Qと機関回転数Nとから基本燃料噴射量T
p=K×Q/N(Kは定数)を演算する。
【0015】ステップ4では、水温センサ17からの信号
に基づいて水温Twを検出する。ステップ5では、水温
Twが40℃未満か否かを判定し、40℃以上のときはステ
ップ6へ進んで、水温Twが80℃を超えたか否かを判定
する。水温Twが40℃未満の場合は、機関の冷間時であ
り、HCの吸着のため、ステップ7へ進んで、主通路弁
11を閉じ、副通路弁12を開く。これにより、機関1から
の排気の全てを副通路9へ迂回させて吸着材10に流通さ
せ、この後三元触媒13を経て排出する。従って、始動直
後の冷間時において、三元触媒13が非活性であっても、
排気中のHCが吸着材10に吸着され、大気への放出が防
止される。
【0016】暖機がある程度進んで、水温Twが40℃〜
80℃の範囲になった場合は、吸着材10の吸着能力がなく
なると共に、三元触媒13も充分に活性化されているの
で、HCの吸着を終了させ、かつ脱離を防止するため、
ステップ8へ進んで、主通路弁11を開き、副通路弁12を
閉じる。これにより、機関1からの排気を副通路9へ迂
回させることなく、全て主通路8を通じて三元触媒13へ
と送る。
【0017】これらの場合は、ステップ7又はステップ
8の後、ステップ10へと進む。ステップ10では、O2
ンサ18の出力電圧VO2を読込む。ステップ11では、この
出力電圧VO2を通常の固定のスライスレベル電圧である
400mVと比較してリッチ・リーンを判定する。リッチ
(VO2> 400mV)のときは、ステップ12へ進んで、空燃
比フィードバック補正係数αを所定の積分制御量I減少
させる。リーンのときは、ステップ13へ進んで、空燃比
フィードバック補正係数αを所定の積分制御量I増大さ
せる。
【0018】空燃比フィードバック補正係数αの設定後
は、ステップ20へ進み、基本燃料噴射量Tpと空燃比フ
ィードバック補正係数αとから燃料噴射量Ti=Tp×
αを演算する。尚、実際の燃料噴射量Tiの演算式には
各種補正係数や電圧補正分が含まれるが、ここでは省略
する。このようにして燃料噴射量Tiが演算されると、
このTiのパルス幅をもつ駆動パルス信号が機関回転に
同期した所定のタイミングで燃料噴射弁5に出力されて
燃料噴射が行われる。
【0019】暖機が完了して、水温Twが80℃を超えた
場合は、HCの脱離のため、ステップ6からステップ9
へ進んで、主通路弁11を開き、また副通路弁12も開く。
これにより、機関1からの排気の多くを主通路8を通過
させつつ、排気の一部を副通路9へ迂回させて吸着材10
に流通させ、この後三元触媒13を経て排出する。従っ
て、吸着材10に吸着されていたHCが脱離され、この脱
離されたHCが三元触媒13に導入されて浄化される。
【0020】この場合は、ステップ9の後、ステップ14
へと進む。ステップ14では、タイマTmをΔtインクリ
メントする。このTmの値は、コントロールユニット14
への電源投入時に0に初期化されていて、脱離開始より
インクリメントが開始されることから、脱離開始からの
時間を表すことになる。ステップ15では、脱離開始より
の時間Tmに応じて機関吸入混合気の空燃比をリーン側
に制御するため、空燃比のリッチ・リーン判定のための
スライスレベル電圧SLをTmの関数として設定する。
【0021】具体的には、図4に示すように、スライス
レベル電圧SLは、脱離開始時に小さく( 200mV位)、
次第に大きくなり、完全に脱離が終了する7分位で通常
の固定値である 400mVに戻る。このようにするのは、脱
離開始直後はHCが多量に脱離されるため、一気にリー
ン化し、その後は徐々に脱離量が減少するため、それに
合わせてリーン化の度合いを小さくするためである。
【0022】ステップ16では、O2 センサ18の出力電圧
O2を読込む。ステップ17では、この出力電圧VO2をス
テップ15で設定されたスライスレベル電圧SLと比較す
る。VO2>SLのときは、ステップ18へ進んで、空燃比
フィードバック補正係数αを所定の積分制御量I減少さ
せる。逆にVO2<SLのときは、ステップ19へ進んで、
空燃比フィードバック補正係数αを所定の積分制御量I
増大させる。
【0023】ここにおいて、スライスレベル電圧SLの
前記のような設定により、空燃比フィードバック補正係
数αはリーン側にシフトされて設定される。空燃比フィ
ードバック補正係数αの設定後は、ステップ20へ進み、
基本燃料噴射量Tpと空燃比フィードバック補正係数α
とから燃料噴射量Ti=Tp×αを演算する。このよう
にして燃料噴射量Tiが演算されると、このTiのパル
ス幅をもつ駆動パルス信号が機関回転に同期した所定の
タイミングで燃料噴射弁5に出力されて燃料噴射が行わ
れる。
【0024】この結果、多量のHCが脱離される脱離開
始時に空燃比が大きくリーン側にシフトされ、時間経過
と共に、脱離量が減少するに伴って、リーンシフトの度
合いが少なくなって、元に戻る。これにより、脱離開始
からの脱離HC特性に対応して、三元触媒13の入口にお
ける空燃比を常に適正化することができ、三元触媒13内
での反応を促進して、脱離時のHC,COの増加を防ぐ
ことができる。
【0025】本実施例では、ステップ14〜19の部分が脱
離時空燃比リーン化手段に相当する。図5には他の実施
例のフローチャートを示す。異なる部分は、ステップ1
5、17、18の部分である。ステップ15では、脱離開始よ
りの時間Tmに応じて機関吸入混合気の空燃比をリーン
側に制御するため、リッチ時のリーン側への積分制御量
を増大させるための積分制御倍数kをTmの関数として
設定する。
【0026】具体的には、図6に示すように、積分制御
倍数kは脱離開始時に大きく(2)、次第に小さくな
り、完全に脱離が終了する7分位で通常の値(1)に戻
る。ステップ16では、O2 センサ18の出力電圧VO2を読
込む。ステップ17では、この出力電圧VO2を通常の固定
のスライスレベル電圧である 400mVと比較してリッチ・
リーンを判定する。リッチ(VO2> 400mV)のときは、
ステップ18へ進んで、空燃比フィードバック補正係数α
を所定の積分制御量Iに倍数kを掛けた量減少させる。
逆にリーンのときは、ステップ19へ進んで、空燃比フィ
ードバック補正係数αを所定の積分制御量I増大させ
る。
【0027】ここにおいて、積分制御倍数kの前記のよ
うな設定により、空燃比フィードバック補正係数αはリ
ーン側にシフトされて設定され、ステップ20にて燃料噴
射量Ti=Tp×αが演算されて、燃料噴射が行われる
ことにより、脱離開始からの脱離HC特性に対応して三
元触媒13の入口における空燃比を常に最適に制御するこ
とができる。
【0028】本実施例でも、ステップ14〜19の部分が脱
離時空燃比リーン化手段に相当する。尚、以上の実施例
では、スライスレベル電圧又は積分制御量によりリーン
シフトするものについて示したが、比例積分制御により
空燃比フィードバック補正係数を設定する場合、すなわ
ち、リーンからリッチへの反転直後に空燃比フィードバ
ック補正係数を通常の積分制御量より大きな比例制御量
減少させ、リッチからリーンへの反転直後に空燃比フィ
ードバック補正係数を比例制御量増大させる場合に、リ
ーンからリッチへの反転直後の比例制御量を倍数により
増大させることにより、リーンシフトするようにしても
よい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、吸
着材からのHCの脱離時に、脱離開始からの脱離HC特
性に対応して機関吸入混合気の空燃比をリーン側にシフ
トすることにより、三元触媒入口における空燃比を常に
最適に制御して三元触媒内での反応を促進し、脱離時の
HC,COの排出量の増加を防止することができるとい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】 本発明の一実施例を示すシステム構成図
【図3】 燃料噴射量制御及びHC吸着・脱離制御のフ
ローチャート
【図4】 脱離開始からの時間に応じたスライスレベル
電圧の特性図
【図5】 他の実施例を示すフローチャート
【図6】 脱離開始からの時間に応じた積分制御倍数の
特性図
【符号の説明】
1 機関 5 燃料噴射弁 6 排気マニホールド 7 排気管 8 主通路 9 副通路 10 吸着材 11 主通路弁 12 副通路弁 13 三元触媒 14 コントロールユニット 15 エアフローメータ 16 クランク角センサ 17 水温センサ 18 O2 センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三元触媒の上流にて、排気通路の主通路に
    対し並列に副通路を設けて、この副通路に炭化水素の吸
    着材を介装する一方、主通路及び副通路への排気の流れ
    を制御する弁装置と、この弁装置を制御することによ
    り、機関の冷間時に排気の全てを吸着材に流通させて排
    気中の炭化水素を吸着させ、暖機完了後に排気の一部を
    吸着材に流通させて炭化水素を脱離させる制御装置とを
    備える内燃機関の排気浄化装置において、 前記制御装置による吸着材からの炭化水素の脱離時に、
    脱離開始からの時間に応じて、機関吸入混合気の空燃比
    をリーン側へ制御する脱離時空燃比リーン化手段を設け
    たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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JP3125647B2 (ja) * 1995-10-06 2001-01-22 三菱自動車エンジニアリング株式会社 エンジン排気浄化装置
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