JP2894141B2 - 内燃機関の炭化水素吸着・脱離装置における吸着量推定装置 - Google Patents

内燃機関の炭化水素吸着・脱離装置における吸着量推定装置

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    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12Hydrocarbons

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

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
置として用いられる炭化水素(以下「HC」という)吸
着・脱離装置における吸着量推定装置に関する。
【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、内燃機関の排気浄化装置として、機関の
始動直後などの冷間時に排気中のHCを吸着材に吸着さ
せ、暖機完了後に脱離(パージ)させて三元触媒により
浄化するようにしたHC吸着・脱離装置が提案されてい
る(特開昭63−68713号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のHC吸着・脱離装置にあっては、吸着材への
吸着量を見積もることができないので、パージ時間や量
を最適に管理することができないため、吸着量の程度を
検知することができず、場合によっては吸着材の性能を
十分に生かしきれない状況が発生することがあった。
【0004】本発明は、このような実情に鑑み、吸着材
におけるHCの吸着量を見積もることができるようにす
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、排
気中のHCを吸着する吸着材と、開弁動作により吸着材
への排気の流れを制御して吸着材からHCを脱離させる
パージ弁とを少なくとも備える内燃機関のHC吸着・脱
離装置において、図1に示すように、吸着材から脱離さ
れるHCの通路に酸素センサ13を設ける一方、所定の運
転条件にてパージ弁を開弁させるパージ弁開弁手段A
と、開弁直前の酸素センサ出力を測定する初期出力測定
手段Bと、開弁から所定時間後の酸素センサ出力を測定
するパージ後出力測定手段Cと、これらの測定値に基づ
いて吸着材におけるHCの吸着量を推定する吸着量推定
手段Dとを設けて、吸着量推定装置を構成する。
【0006】
【作用】上記の構成においては、予め吸着量を推定する
条件として定めた所定の運転条件にて、酸素センサ出力
を読込んで測定した後、パージ弁を一時的に開弁させ
て、吸着材からHCを脱離させる。そして、開弁から所
定時間後に再び酸素センサ出力を読込んで測定し、これ
らの測定値の差などから、吸着材におけるHCの吸着量
を推定するのである。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図2はシ
ステム構成を示している。機関1からの排気は、排気マ
ニホールド2を経て、排気管3に至る。排気管3の途中
には三元触媒4が設けられている。そして、三元触媒4
下流の排気管3は主通路3aとこれに並列な副通路3b
とに分かれ、副通路3bには活性炭あるいはゼオライト
を主成分とするHCの吸着材5が設けられている。
【0008】そして、主通路3a及び副通路3bへの排
気の流れを制御するため、主通路3aに主通路弁6が介
装され、副通路3bの吸着材5上流側及び下流側に副通
路弁7,7が介装されている。また、吸着材5に対し、
これに吸着されているHCを脱離させて処理するための
パージ通路として、排気マニホールド2からのパージ入
口通路8が吸着材5に接続され、吸着材5からのパージ
出口通路9が三元触媒4上流の排気管3に接続されてい
る。パージ入口通路8及び出口通路9にはパージ弁10,
10が介装されている。
【0009】ここにおいて、主通路弁6、副通路弁7,
7及びパージ弁10,10は、マイクロコンピュータ内蔵の
コントロールユニット11により開閉制御される。また、
排気マニホールド2の集合部に酸素センサ12が設けられ
ており、その信号はコントロールユニット11に入力され
ている。これは、機関1への燃料供給量の制御に用いら
れる。
【0010】また、排気管3におけるパージ出口通路9
の開口端より下流側でかつ三元触媒4上流側に酸素セン
サ13が設けられており、その信号もコントロールユニッ
ト11に入力されている。これは、HCの吸着量の推定に
用いられる。HC吸着・脱離制御について説明する。機
関1の始動直後などの低温時には、主通路弁6を閉、副
通路弁7,7を開、パージ弁10,10を閉に制御する。従
って、機関1からの排気は三元触媒4を通過後、副通路
3b側へ導かれて吸着材5に流通し、排気中のHCが吸
着材5に吸着される。このため、三元触媒4が非活性で
あっても、排気中のHCの大気への放出が防止される。
【0011】暖機がある程度進むと、吸着材5の吸着能
力がなくなると共に、三元触媒4もほぼ活性化されるの
で、HCの吸着を終了させ、かつ脱離を防止するため、
主通路弁6を開、副通路弁7,7を閉、バージ弁10,10
を閉に制御する。従って、機関1からの排気は三元触媒
4を通過後、主通路3aを通じて排出される。暖機が完
了すると、所定の時期に、HCの脱離のため、主通路弁
6を開、副通路弁7,7を閉、バージ弁10,10を開に制
御する。従って、機関1からの排気の一部がパージ入口
通路8から吸着材5に導入され、ここに吸着されている
HCが脱離されて、パージ出口通路9から三元触媒4の
上流側に導かれる。よって、吸着材5から脱離されたH
Cは三元触媒4に導入されて浄化される。
【0012】次にかかるHC吸着・脱離システムにおけ
るHC吸着量推定装置について説明する。HC吸着量推
定装置は、コントロールユニット11内のマイクロコンピ
ュータにおいて、例えば図3のフローチャートに示す吸
着量推定ルーチンを実行することにより実現される。
尚、この吸着量推定ルーチンは予め吸着量を推定する条
件として定めた所定の運転条件(例えば定常運転時等)
が成立することにより実行される。
【0013】先ず第1の実施例である図3のフローチャ
ートについて図4のタイムチャートを参照しつつ説明す
る。ステップ1(図にはS1と記してある。以下同様)
では、酸素センサ13の出力を読込むことにより、排気空
燃比(A/F)を検出し、これをV0 とする。ステップ
2では、パージ弁10,10を一定時間開弁させる(図4参
照)。これにより、機関1からの排気の一部がパージ入
口通路8から吸着材5に導入され、ここに吸着されてい
るHCが脱離されて、パージ出口通路9から酸素センサ
13近傍に導かれる。
【0014】ステップ3では、パージ弁10,10の開弁か
ら所定時間Δt経過したか否かを判定し、所定時間Δt
経過すると、ステップ4へ進む。尚、パージ弁10,10の
開弁時間はΔt以下とする。ステップ4では、再び酸素
センサ13の出力を読込むことにより、排気空燃比(A/
F)を検出し、これをV1 とする。
【0015】ステップ5では、パージ弁開弁後の酸素セ
ンサ出力V1 からパージ弁開弁前の酸素センサ出力V0
を減算することにより、パージ弁の開弁前後の排気空燃
比変化量(リッチ増加量)Δd=V1 −V0 を計算する
(図4参照)。ステップ6では、予め定めたテーブルを
参照し、排気空燃比変化量Δdから吸着量Qを検索によ
り求める。
【0016】このようにして吸着材5におけるHCの吸
着量Qが推定されると、この結果を基に、吸着材5から
のパージタイミング等を制御する。尚、この第1の実施
例においては、ステップ1の部分が初期出力測定手段に
相当し、ステップ2の部分がパージ弁開弁手段に相当
し、ステップ4の部分がパージ後出力測定手段に相当
し、ステップ5,6の部分が吸着量推定手段に相当す
る。
【0017】次に第2の実施例である図5のフローチャ
ートについて説明する。ステップ1〜ステップ4は第1
の実施例と同一である。ステップ5’では、パージ弁開
弁前の酸素センサ出力V0 と、パージ弁開弁後の酸素セ
ンサ出力V1 と、時間Δtとから、排気空燃比の時間変
化量Δd/Δt=(V1 −V0 )/Δtを計算する。
【0018】ステップ6’では、予め定めたテーブルを
参照し、排気空燃比の時間変化量Δd/Δtから吸着量
Qを検索により求める。このように排気空燃比の時間変
化量Δd/Δtから吸着量Qを推定することにより、吸
着材5の脱離特性の違いにも適応可能である。尚、この
第2の実施例においては、ステップ5’,6’の部分が
吸着量推定手段に相当する。
【0019】次に第3の実施例である図6のフローチャ
ートについて説明する。ステップ11では、酸素センサ13
の出力を読込むことにより、排気空燃比(A/F)を検
出し、これをV0 とする。ステップ12では、パージ弁1
0,10を一定時間開弁させる。これにより、機関1から
の排気の一部がパージ入口通路8から吸着材5に導入さ
れ、ここに吸着されているHCが脱離されて、パージ出
口通路9から酸素センサ13近傍に導かれる。
【0020】ステップ13では、パージ弁10,10の開弁か
ら所定時間Δt1 経過したか否かを判定し、所定時間Δ
1 経過すると、ステップ14へ進む。ステップ14では、
再び酸素センサ13の出力を読込むことにより、排気空燃
比(A/F)を検出し、これをV1 とする。ステップ15
では、パージ弁開弁前の酸素センサ出力V0 と、パージ
弁開弁からΔt1 後の酸素センサ出力V1 と、時間Δt
1 とから、排気空燃比の時間変化量Δd1 /Δt1
(V1 −V0 )/Δt1 を計算する。
【0021】ステップ16では、予め定めたΔd/Δt−
Qテーブルを参照し、排気空燃比の時間変化量Δd1
Δt1 から吸着量Q1 を検索により求める(図7参
照)。ステップ17では、パージ弁10,10の開弁から所定
時間Δt2 (>Δt1 )経過したか否かを判定し、所定
時間Δt2 経過すると、ステップ18へ進む。尚、パージ
弁10,10の開弁時間はΔt2 以下とする。
【0022】ステップ18では、再び酸素センサ13の出力
を読込むことにより、排気空燃比(A/F)を検出し、
これをV2 とする。ステップ19では、パージ弁開弁前の
酸素センサ出力V0 と、パージ弁開弁からΔt2 後の酸
素センサ出力V2 と、時間Δt2 とから、空燃比の時間
変化量Δd 2 /Δt2 =(V2 −V0 )/Δt2 を計算
する。
【0023】ステップ20では、予め定めたΔd/Δt−
Qテーブルを参照し、排気空燃比の時間変化量Δd2
Δt2 から吸着量Q2 を検索により求める(図7参
照)。ステップ21では、予め定めたΔd/Δt−Qテー
ブルを参照し、(Q2 −Q1)/(Δt2 −Δt1 )か
ら吸着量Qを検索により求める。このように本実施例で
はパージ弁開弁後の2点間での時間変化量(Q2
1)/(Δt2 −Δt1 )から吸着量Qを推定するの
である。これによれば、吸着材の脱離能力変化にも対応
可能である。
【0024】尚、この第3の実施例においては、ステッ
プ11の部分が初期出力測定手段に相当し、ステップ12の
部分がパージ弁開弁手段に相当し、ステップ14,18の部
分がパージ後出力測定手段に相当し、ステップ15,16,
19,20,21の部分が吸着量推定手段に相当する。次に第
4の実施例である図8のフローチャートについて図9の
タイミングチャートを参照しつつ説明する。
【0025】この第4の実施例は、パージ弁10,10の開
弁動作を一定時間おきに繰り返し行い、各小パージに対
するリッチ増加量の変化から、吸着材5の吸着量を推定
するものである。ステップ31では、酸素センサ13の出力
を読込むことにより、排気空燃比(A/F)を検出し、
これをV0 とする。
【0026】ステップ32では、パージ弁10,10を一定時
間開弁させる(1回目)。ステップ33では、パージ弁1
0,10の1回目の開弁から所定時間Δt経過したか否か
を判定し、所定時間Δt経過すると、ステップ34へ進
む。尚、パージ弁10,10の開弁時間はΔt以下とする。
ステップ34では、再び酸素センサ13の出力を読込むこと
により、排気空燃比(A/F)を検出し、これをV1
する。
【0027】ステップ35では、パージ弁開弁後の現在の
酸素センサ出力V1 からパージ弁開弁前の初期の酸素セ
ンサ出力V0 を減算することにより、空燃比変化量(リ
ッチ増加量)Δd1 =V1 −V0 を計算する。ステップ
36では、排気空燃比の検出から所定時間Δt’経過した
か否かを判定し、所定時間Δt’経過すると、ステップ
37へ進む。
【0028】ステップ37では、パージ弁10,10を一定時
間開弁させる(2回目)。ステップ38では、パージ弁1
0,10の2回目の開弁から所定時間Δt経過したか否か
を判定し、所定時間Δt経過すると、ステップ39へ進
む。ステップ39では、再び酸素センサ13の出力を読込む
ことにより、排気空燃比(A/F)を検出し、これをV
2 とする。
【0029】ステップ40では、パージ弁開弁後の現在の
酸素センサ出力V2 からパージ弁開弁前の初期の酸素セ
ンサ出力V0 を減算することにより、空燃比変化量(リ
ッチ増加量)Δd2 =V2 −V0 を計算する。ステップ
41では、排気空燃比の検出から所定時間Δt’経過した
か否かを判定し、所定時間Δt’経過すると、ステップ
42へ進む。
【0030】ステップ42では、パージ弁10,10を一定時
間開弁させる(3回目)。ステップ43では、パージ弁1
0,10の3回目の開弁から所定時間Δt経過したか否か
を判定し、所定時間Δt経過すると、ステップ44へ進
む。ステップ44では、再び酸素センサ13の出力を読込む
ことにより、排気空燃比(A/F)を検出し、これをV
3 とする。
【0031】ステップ45では、パージ弁開弁後の現在の
酸素センサ出力V3 からパージ弁開弁前の初期の酸素セ
ンサ出力V0 を減算することにより、空燃比変化量(リ
ッチ増加量)Δd3 =V3 −V0 を計算する。ステップ
46では、下記の値を計算し、この値に基づいて、予め定
めたテーブルから、吸着量Qを検索により求める。
【0032】〔K1 (Δd1 −Δd2 )+K2 (Δd2
−Δd3 )〕/2 但し、K1 ≦K2 尚、この第4の実施例においては、ステップ31の部分が
初期出力測定手段に相当し、ステップ32,37,42の部分
がパージ弁開弁手段に相当し、ステップ34,39,44の部
分がパージ後出力測定手段に相当し、ステップ35,40,
45,46の部分が吸着量推定手段に相当する。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、吸
着材におけるHCの吸着量を正確に見積もることがで
き、これを基に吸着材からのパージタイミングを適切に
制御することなどが可能にな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】 本発明の実施例のシステム図
【図3】 第1の実施例を示す吸着量推定ルーチンのフ
ローチャート
【図4】 同上第1の実施例のタイムチャート
【図5】 第2の実施例を示す吸着量推定ルーチンのフ
ローチャート
【図6】 第3の実施例を示す吸着量推定ルーチンのフ
ローチャート
【図7】 同上第3の実施例の特性図
【図8】 第4の実施例を示す吸着量推定ルーチンのフ
ローチャート
【図9】 同上第4の実施例のタイムチャート
【符号の説明】
1 機関 2 排気マニホールド 3 排気管 3a 主通路 3b 副通路 4 三元触媒 5 吸着材 6 主通路弁 7 副通路弁 8 パージ入口通路 9 パージ出口通路 10 パージ弁 11 コントロールユニット 12,13 酸素センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気中の炭化水素を吸着する吸着材と、開
    弁動作により吸着材への排気の流れを制御して吸着材か
    ら炭化水素を脱離させるパージ弁とを少なくとも備える
    内燃機関の炭化水素吸着・脱離装置において、 吸着材から脱離される炭化水素の通路に酸素センサを設
    ける一方、所定の運転条件にてパージ弁を開弁させるパ
    ージ弁開弁手段と、開弁直前の酸素センサ出力を測定す
    る初期出力測定手段と、開弁から所定時間後の酸素セン
    サ出力を測定するパージ後出力測定手段と、これらの測
    定値に基づいて吸着材における炭化水素の吸着量を推定
    する吸着量推定手段とを設けてなる吸着量推定装置。
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