JP3477762B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素存在下で窒素
酸化物を還元する触媒が装着された内燃機関の排気浄化
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、希薄空燃比の混合気を燃焼さ
せる内燃機関の排気系に炭化水素存在下で窒素酸化物を
還元して浄化する触媒として、例えば、特開平1−13
0735号公報や特開平1−135543号公報にある
ものが提案されている。このような触媒は、例えば、遷
移金属あるいは貴金属を担持せしめたゼオライト等より
なり、窒素酸化物(NOx )の浄化は、排気中の炭化水
素(HC)の一部や、部分酸化により生じた活性種と窒
素酸化物との反応であると推定され、排気中の炭化水素
が不足すると窒素酸化物の浄化率が低下する。特に、触
媒温度が高温(約300℃以上)になると排気中の炭化
水素の直接酸化が進み、活性種の生成量が少なくなっ
て、窒素酸化物の浄化率が徐々に低下する。従って、通
常の排気温度域では炭化水素供給不足(供給された炭化
水素量によって窒素酸化物の浄化率が決ってしまう)に
なり、窒素酸化物の増加が問題となる。
【0003】また、運転状態からみると、窒素酸化物の
発生は、燃焼温度が高いほど多い。即ち、空燃比が一定
ならば、高負荷高回転になるほど窒素酸化物が多く、そ
のときほど炭化水素が多く必要になるが、実際の内燃機
関では高負荷、高回転ほど炭化水素の発生量が低下し、
窒素酸化物の浄化率が悪化する。
【0004】そこで、特開平3−217640号公報に
あるように、排気中の現在の炭化水素量が、触媒による
窒素酸化物の浄化で必要とされる必要炭化水素量より多
いか否かを判断し、不足しているときには、排気中の未
燃炭化水素量を増加させるように燃料噴射時期を変更
し、排気中の炭化水素量を増大させ触媒の窒素酸化物の
浄化率を向上させるものが提案されている。
【0005】燃料噴射量を増加させて排気中の炭化水素
量を増加させることもできるが、希薄空燃比の混合気に
よる燃焼ではなくなり、燃料消費量が増加してしまうの
で、燃料噴射時期の変更により、燃料消費量の改善と窒
素酸化物の浄化率の改善を図っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のものでは、燃料噴射時期の変更による炭化水素
の増加には限度があり、高負荷、高回転での運転時に十
分に炭化水素を増加させることができない場合があっ
た。
【0007】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、十分な炭化水素を発生させて窒素酸化物の
浄化率を改善する内燃機関の排気浄化装置を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明は課題を解決するための手段として次の構成
を取った。即ち、図1に例示する如く、希薄空燃比の混
合気を燃焼させる多気筒の内燃機関M1の排気系に炭化
水素存在下で窒素酸化物を還元して浄化する触媒M2が
装着された内燃機関の排気浄化装置において、前記窒素
酸化物浄化に必要とされる必要炭化水素量に対しての前
記内燃機関M1の排気中の炭化水素の不足量を算出する
不足量算出手段M3と、該算出された不足量に応じて、
一部の気筒の点火時期を遅角することにより前記炭化水
素の発生量を増加側へ変更する点火制御手段M4とを備
えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の構成が
それである。
【0009】
【作用】前記構成を有する内燃機関の排気浄化装置は、
不足量算出手段M3が窒素酸化物浄化に必要とされる必
要炭化水素量に対しての内燃機関M1の排気中の炭化水
素の不足量を算出する。そして、点火制御段M4が不足
量算出手段M3により算出された不足量に応じて、一部
の気筒の点火時期を遅角することにより前記炭化水素の
発生量を増加側へ変更する。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図2は本発明の一実施例である内燃機関の排
気浄化装置を用いた内燃機関の概略構成図である。内燃
機関1は多気筒、本実施例では4気筒からなるものであ
り、シリンダ2、ピストン4及びシリンダヘッド6から
燃焼室8を形成し、燃焼室8には点火プラグ10が配設
されている。
【0011】内燃機関1の吸気系には、燃焼室8と吸気
バルブ12を介して連通する吸気ポート14、吸気管1
6、吸入空気の脈動を吸収するサージタンク18、吸入
空気量を調節するスロットルバルブ20が配設されてい
る。吸気管16には、図示しない燃料タンクからの燃料
を吸気ポート14に噴射する燃料噴射弁21(図3では
21a〜21dで示す)が設けられている。
【0012】内燃機関1の排気系には、燃焼室8と排気
バルブ22を介して連通する排気ポート24、排気管2
6、リーンNOx 触媒28、炭化水素や一酸化炭素を酸
化させる必要に応じて設けられる酸化触媒30が配設さ
れている。リーンNOx 触媒28は、遷移金属あるいは
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、炭化水素存在下で、排気中の窒素酸化物を還元する
触媒である。
【0013】内燃機関1の点火系には、点火に必要な高
電圧を発生させる点火コイル31、点火コイル31の一
次電流をオン・オフするイグナイタ32、図示しないク
ランク軸に連動して点火コイル31で発生した高電圧を
点火プラグ10に分配供給するディストリビュータ34
が配設されている。
【0014】また、内燃機関1の検出系には、スロット
ルバルブ20の開度を検出するスロットルセンサ36、
吸気管16の吸気管負圧を検出する吸気管圧力センサ3
8、図示しないクランク軸の2回転で1回転する図示し
ないディストリビュータ軸の回転に応じて所定のクラン
ク角度毎にクランク角度信号を出力するクランク角セン
サ40、排気管26内の排気温度を検出する排気温セン
サ42が配設されている。
【0015】前記各センサ等は電子制御回路50に接続
されており、電子制御回路50は、図3に示すように、
周知のCPU52、ROM54、RAM56等を中心に
論理演算回路として構成され、外部と入出力を行う入出
力回路、ここでは入力回路58及び出力回路60をコモ
ンバス62を介して相互に接続されている。
【0016】CPU52は、スロットルセンサ36、吸
気管圧力センサ38、クランク角センサ40、排気温セ
ンサ42等からの入力信号を入力回路58を介して入力
し、これらの信号及びROM54、RAM56内のデー
タや予め記憶された制御プログラムに基づいてCPU5
2は、出力回路60を介して燃料噴射弁21a〜21
d、イグナイタ32等に信号を出力する。
【0017】次に、前述した電子制御回路50において
行われる点火・燃料噴射制御処理について、図4のフロ
ーチャートと共に説明する。この点火・燃料噴射制御処
理は、本実施例では、気筒数に応じて図示しないクラン
ク軸1/2回転で1回実行される。
【0018】まず、クランク角センサ40からのクラン
ク角度信号に基づいて、内燃機関1の回転速度Neを入
力回路58を介して読み込む(ステップ100)。次
に、吸気管圧力センサ38により検出される吸気管圧力
Pを入力回路58を介して読み込む(ステップ11
0)。
【0019】そして、この回転速度Neと吸気管圧力P
とに基づいて、例えば、回転速度Neと吸気管圧力Pと
の図示しないマップから、希薄空燃比での混合気を生成
するのに必要な基本燃料噴射量q0 を算出する(ステッ
プ120)。続いて、同様に、回転速度Neと吸気管圧
力Pとに基づいて、点火時期を算出する(ステップ13
0)。
【0020】次に、回転速度Neと吸気管圧力Pとに基
づいて、回転速度Neと吸気管圧力Pとの図示しないマ
ップから、排気中の炭化水素濃度HCEを算出する(ス
テップ140)。空燃比が一定であると、排気中の炭化
水素濃度HCEは回転速度Neと吸気管圧力Pとにより
定まり、予め実験等によりこれを求めてマップを作成す
る。尚、炭化水素濃度HCEは、炭化水素濃度を検出す
る炭化水素センサを排気管26に設けて直接検出するよ
うにしてもよい。
【0021】続いて、排気温センサ42により検出され
るリーンNOx 触媒28近傍の排気温度を読み込む(ス
テップ150)。そして、リーンNOx 触媒28が所定
の温度、例えば、300℃のときに窒素酸化物を浄化す
るのに必要な必要炭化水素濃度HCMを回転速度Neと
吸気管圧力Pとの図示しないマップから求める。回転速
度Neと吸気管圧力Pとからそのときの排気中の窒素酸
化物濃度が決まる。この発生した窒素酸化物を浄化する
のに必要な必要炭化水素濃度HCMを予め実験等により
求めてマップを作成する。
【0022】リーンNOx 触媒28の温度が高くなる
と、炭化水素が酸化反応で減少する。そこで、リーンN
Ox 触媒28の温度に対する炭化水素補正係数HCC
を、図5に示す予め実験等により求めたマップから算出
する。そして、そのときの排気温度、回転速度Ne、吸
気管圧力Pに応じた炭化水素不足量GHを下記式により
求める(ステップ160)。
【0023】GH=HCM×HCC−HCE 次に、この算出した炭化水素不足量GHが、予め設定し
た基準炭化水素不足量G0 を超えたか否かを判断する
(ステップ170)。炭化水素不足量GHが基準炭化水
素不足量G0 を超えたときには、リーンNOx 触媒28
による窒素酸化物の浄化に炭化水素が不足していると判
断して、炭化水素不足量GHに応じて、点火時期を失火
の状態あるいは半失火状態になるまで遅角させて、排気
中の炭化水素を増加させる(ステップ180)。
【0024】点火時期を遅角させることで、小 量の炭化
水素が必要な場合から多量の炭化水素が必要な場合ま
で、広範囲にわたって炭化水素を調整できる。この場
合、トルク変動の関係から、一部の気筒のみで点火時期
を遅角させる。
【0025】次に、点火時期の遅角によるト ルクの減少
を補うように、他の気筒の燃料噴射量を修正する(ステ
ップ220)この修正した各気筒の燃料噴射量をセッ
トする処理を実行し(ステップ230)、一旦本制御処
理の実行を終了する。また、点火時期の遅角が行われて
いる状態においては、オートマチックトランスミッショ
ン車のロックアップを解除して、回転変動を車両に伝達
しないようにするのが好ましい。
【0026】 前記ステップ170の処理の実行により、
炭化水素不足量GHが基準炭化水素不足量G0 以下であ
ると判断すると、通常の点火時期をセットする(ステッ
プ240)。
【0027】 尚、本実施例では、ステップ100,11
0,140〜160の処理の実行が不足量算出手段M3
として働き、ステップ170,180の処理の実行が点
火制御手段M4として働く。
【0028】 以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の内燃機関の
排気浄化装置は、一部の気筒の点火時期を遅角すること
により炭化水素の発生量を増加側へ変更することにより
広範囲に炭化水素の発生量を調整でき、高負荷、高回転
での運転時であっても十分に炭化水素を増加させること
ができるので窒素酸化物の浄化率を改善することができ
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の内燃機関の排気浄化装置の基本的構
成を例示するブロック図である。
【図2】 本発明の一実施例としての内燃機関の排気浄
化装置を用いた内燃機関の概略構成図である。
【図3】 本実施例の電気系統の構成を示すブロック図
である。
【図4】 本実施例の電子制御回路で行われる点火・燃
料噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】 本実施例の触媒温度と炭化水素補正係数との
関係を示すグラフである。
【符号の説明】
M1,1…内燃機関 M2…触媒
M3…不足量算出手段 M4…点火制御手段 10…点火プラグ 26…排気管 28…リーンNOx 触媒 36…スロットルセンサ 38…吸気管圧力セ
ンサ 40…クランク角センサ 42…排気温センサ 50…電子制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 5/15 F01N 3/20 F02D 45/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希薄空燃比の混合気を燃焼させる多気筒
    の内燃機関の排気系に炭化水素存在下で窒素酸化物を還
    元して浄化する触媒が装着された内燃機関の排気浄化装
    置において、 前記窒素酸化物浄化に必要とされる必要炭化水素量に対
    しての前記内燃機関の排気中の炭化水素の不足量を算出
    する不足量算出手段と、 該算出された不足量に応じて、一部の気筒の点火時期を
    遅角することにより前記炭化水素の発生量を増加側へ変
    更する点火制御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。
  2. 【請求項2】 前記不足量算出手段は、触媒温度に基づ
    いて不足量を算出する手段であることを特徴とする請求
    項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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