JP3480351B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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Description
気ガス中のNOxを吸収する排気浄化用触媒を備える内
燃機関の排気浄化装置に関し、特に前記触媒からNOx
が未浄化のまま放出されるのを防止しうるようにした排
気浄化装置に関する。
金、パラジウム、ロジウム等)又はその他の金属を担持
した触媒が従来から使われている。このような触媒は排
気ガス中の有害成分であるHC,CO,NOx等を酸化
還元して浄化している。
論空燃比よりも空気過剰な状態で燃焼させるリーン燃焼
(希薄燃焼)を行う内燃機関においては、従来の理論空
燃比付近でHC,CO,NOx等を同時に酸化還元し浄
化する三元触媒では、NOxを十分浄化することができ
ない。
は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな条件
では排気ガス中のNOxを吸収し、リッチな条件では吸
収したNOxを放出しつつ浄化を行うNOx吸収剤を用
いた排気浄化装置が公知である(特許第2600492
号等)。
NOx吸収剤はNOx浄化作用を得るためには吸収剤温
度が高くなければならず、一般に300〜400℃程度
の温度が必要である。更にこのNOx吸収剤は前記の活
性温度に達していなくとも、150〜200℃程度の中
間活性温度に達すると、排気ガスの空燃比が理論空燃比
〜リッチ空燃比であれば(リーン燃焼可能な内燃機関で
あっても始動直後はリッチ化するため)、吸収していた
NOxを放出することがある。このため、上記従来の排
気浄化装置にあっては、始動後のNOx吸収剤の中間活
性温度域で、吸収していたNOxを未浄化のまま大気中
へ放出してしまう可能性があるという問題点があった。
み、リーン燃焼時に排気ガス中のNOxを吸収する排気
浄化用触媒が機関の始動直後等の不活性状態であり吸収
したNOxを浄化させることができない状態にある場合
に、排気浄化用触媒からNOxが未浄化のまま放出され
るのを防止できるようにすることを目的とする。
る発明では、所定の運転条件にて空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態でリーン燃焼を行わせる一方、リー
ン燃焼時に排気ガス中のNOxを吸収する排気浄化用触
媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、図1に示すように、前記触媒の活性状態を判定する
触媒活性判定手段と、前回の機関停止時に前記触媒に吸
収されていたNOxの量が所定値以上であるかを判定す
るNOx吸収量判定手段と、前記触媒活性判定手段が、
前記触媒が吸収したNOxを浄化しない不活性状態であ
ると判定し、かつ、前記NOx吸収量判定手段が前回の
機関停止時に前記触媒に吸収されていたNOxの量が所
定値以上であると判定したときに、排気ガスの空燃比を
理論空燃比よりも空気過剰な状態とする排気空燃比リー
ン化手段と、を設けたことを特徴とする。
リーン化手段は、前記触媒活性判定手段が、前記触媒が
吸収したNOxを浄化しない不活性状態のうち、前記触
媒が燃料過剰雰囲気であっても吸収したNOxを脱離し
ない完全不活性状態を除く、前記触媒が燃料過剰雰囲気
であると吸収したNOxを脱離するが浄化しない中間活
性状態であると判定し、かつ、前記NOx吸収量判定手
段が前回の機関停止時に前記触媒に吸収されていたNO
xの量が所定値以上であると判定したときに、排気ガス
の空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とすること
を特徴とする。
リーン化手段は、機関に強制的にリーン燃焼を行わせ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることを特徴とする。
リーン化手段は、排気通路の前記触媒上流に2次空気を
供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過
剰な状態とすることを特徴とする。
リーン化手段は、機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料
過剰な状態でリッチ燃焼(過濃燃焼)を行わせながら、
排気通路の前記触媒上流に2次空気を供給して、排気ガ
スの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とするこ
とを特徴とする。
定手段が前記触媒が吸収したNOxを浄化しうる活性状
態に達したと判定したときに、一時的に機関に空燃比を
理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッチ燃焼を行わせ
るリッチ運転手段を設けたことを特徴とする(図1参
照)。
直後等であって、触媒が吸収したNOxを浄化しない不
活性状態である場合に、排気ガスの空燃比を理論空燃比
よりも空気過剰な状態(リーン状態)とすることで、触
媒の不活性期間に理論空燃比〜リッチ空燃比の排気ガス
がNOx吸収触媒に流入することが防止され、触媒から
NOxが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制さ
れる。また、前回の機関停止時に触媒に吸収されていた
NOxの量が所定値以上であるかを判定し、所定値以上
の場合のみ、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とするように制御し、所定値未満の場合はそ
の制御を禁止することで、機関の安定度を向上できる。
したNOxを浄化しない不活性状態のうち、完全不活性
状態を除く、触媒が燃料過剰雰囲気であると吸収したN
Oxを脱離するが浄化しない中間活性状態である場合
に、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることで、完全不活性状態での機関の安定度を向
上させると共に、中間活性状態での触媒からNOxの放
出を抑制できる。
ーン燃焼を行わせて、排気ガスの空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態とすることで、特別な装置の追加な
しに実施できる。
触媒上流に2次空気を供給して、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりも空気過剰な状態とすることで、機関の安
定度を損なうことがないと共に、機関からのNOx発生
量を低減できる。
チ燃焼を行わせながら、排気通路の触媒上流に2次空気
を供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とすることで、機関の安定度を更に向上させ
ると共に、機関からのNOx排出量を低減できる。
したNOxを浄化しうる活性状態に達した場合に、一時
的に機関にリッチ燃焼を行わせることで、触媒からNO
xを放出させて浄化できる。
て説明する。図2は第1実施形態又は第2実施形態の場
合の内燃機関のシステム図である。先ず、これについて
説明する。
路2により、スロットル弁3の制御を受けて、空気が吸
入される。そして、燃焼室内に燃料を直接噴射するよう
に、電磁式の燃料噴射弁4が設けられている。
0から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出
力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて
開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようにな
っている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の
場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また
圧縮行程噴射の場合は点火プラグ5回りに集中的に層状
の混合気を形成し、コントロールユニット10からの点
火信号に基づき、点火プラグ5により点火されて、燃焼
する。ここでは内燃機関1は直噴式内燃機関としている
が、リーン燃焼可能な内燃機関であれば、直噴式内燃機
関に限らない。
り排出され、排気通路6には排気浄化用触媒7が介装さ
れている。排気浄化用触媒7は、例えばアルミナをコー
ティングしたハニカム担体に、白金Pt、パラジウムP
d、ロジウムRh等の貴金属を担持した触媒をべ一ス
に、バリウムBaで代表されるアルカリ土類、セシウム
Csで代表されるアルカリ金属から選ばれた少なくとも
1つの成分を担持して構成されるものであり、この触媒
7は排気空燃比がリーンの条件で排気ガス中のNOxを
吸収し、リッチの条件で排気ガス中の還元成分(HC,
CO,H2 等)により吸収したNOxを放出すると同時
に還元浄化する特性を有するものである。
触媒を配置することも可能である。コントロールユニッ
ト10は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器及び
入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受
け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁4及び点
火プラグ5などの作動を制御する。
ク軸回転を検出しこれにより機関回転数Neを検出可能
なクランク角センサ11、吸気通路2のスロットル弁3
上流で吸入空気流量Qaを検出するエアフローメータ1
2、スロットル弁3の開度TVOを検出するスロットル
センサ13、機関1の冷却水温Twを検出する水温セン
サ14、排気浄化用触媒7の温度Tcを検出する触媒温
度センサ15などが設けられている。
料噴射弁4の燃料噴射量制御については、機関の運転条
件に応じて目標空燃比を定め、この目標空燃比を得るよ
うにシリンダ吸入空気量に対する燃料噴射量を演算して
制御し、所定の運転条件にて、目標空燃比を理論空燃比
より空気過剰な状態として、リーン燃焼を行わせるが、
排気浄化用触媒7の活性状態に応じて、フローチャート
に示すような制御を行う。
り、例えば10msに実行される。ステップ1(図には
S1と記す。以下同様)では、排気浄化用触媒が活性状
態であるか否かを判定する。これは触媒温度センサによ
り検出される触媒温度Tcが所定値(例えば300℃)
以上であるか否かにより判定する。この部分が触媒活性
判定手段に相当する。
は、ステップ2へ進み、前回の機関停止時に排気浄化用
触媒に吸収されていたNOxの量(停止時NOx吸収
量)が所定値以上か否かを判定する。この所定値は、排
気浄化用触媒が不活性中に排気空燃比が理論空燃比〜リ
ッチ空燃比となった場合に吸収されていたNOxが未浄
化のまま放出されてしまう可能性のある最低値であり、
実験的に求められるものである。また、排気浄化用触媒
に吸収されていたNOxの量を推定する手段は公知であ
るため、詳細な説明は省略するが、例えば、排気浄化用
触媒からNOxが放出されてからのリーン燃焼運転時間
の積算値等から推定すればよい。この部分がNOx吸収
量判定手段に相当する。
されていたNOxの量が所定値以上の場合には、NOx
が未浄化のまま放出されてしまう可能性があるため、ス
テップ3にて、排気浄化用触媒にNOxが吸収されたま
まであることを示すフラグFLGNOXを1として、ス
テップ4へ進む。尚、このフラグFLGNOXはイグニ
ッションスイッチのON時に0に初期化されている。
xが放出されるのを防止するために、強制的にリーン燃
焼制御を行い、ルーチンを終了する。ここでの機関のリ
ーン燃焼制御は、図4に示しているように、排気浄化用
触媒の飽和NOx吸収量が最大となり、かつ、機関の安
定度を確保するためにできるだけリッチ側の空燃比であ
るA点(空燃比16程度)に設定し、排気浄化用触媒か
らのNOxの放出を抑制する。この部分が排気空燃比リ
ーン化手段に相当する。
排気浄化用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値未
満の場合には、NOxは放出されないため、ステップ8
にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了す
る。ここでいう通常の燃料噴射量制御とは、機関の運転
条件に応じた空燃比制御であり、冷機始動直後であれば
空燃比がリッチ化されてリッチ燃焼が行われる。
媒が活性していると判定された場合には、ステップ5へ
進み、フラグFLGNOXが1であるか否か、つまり排
気浄化用触媒にNOxが吸収されたままであるか否かを
判定する。
放出、浄化する必要があるため、ステップ6で、リッチ
スパイク制御を行って、NOxを放出、浄化し、ステッ
プ7で、フラグFLGNOXを0として、ルーチンを終
了する。ここでいうリッチスパイク制御とは、一時的に
機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッ
チ燃焼を行わせることであり、従ってこの部分がリッチ
運転手段に相当する。
8にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了
する。以上説明してきたように、第1実施形態の内燃機
関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活性し
ていない時において、前回の機関停止時に排気浄化用触
媒に吸収されていたNOxの量が所定値以上であった場
合には、機関に強制的にリーン燃焼を行わせて、排気浄
化用触媒に流入する排気ガスをリーン空燃比とするた
め、排気浄化用触媒の不活性期間にNOxが未浄化のま
ま大気中に放出されることが抑制される。
は第2実施形態のフローチャートである。第2実施形態
は、第1実施形態における強制リーン燃焼制御の開始条
件が異なるものであり、フローチャート上では、第1実
施形態のステップ3とステップ4との間にステップ11
が加えられている。ここでは、第1実施形態と異なる部
分についてのみ説明を行う。
ないと判定され、更にステップ2で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ3でフラグFLGN
OXを1とした後、S11へ進む。
活性はしていないものの中間活性しているか否かを判定
する。これは触媒温度センサにより検出される触媒温度
Tcが第2の所定値(例えば150℃)以上であるか否
かにより判定する。この排気浄化用触媒の中間活性状態
は、まだNOxを浄化できないが、排気空燃比が理論空
燃比〜リッチ空燃比となるとNOxの放出が開始される
状態であり、触媒温度が前記第2の所定値未満の完全不
活性状態であれば排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃
比となってもNOxの放出は起きない。本実施形態では
この部分が触媒活性判定手段に相当する。
間活性状態であると判定された場合には、ステップ4へ
進み、排気浄化用触媒からNOxが放出されるのを防止
するために、第1実施形態と同様に強制リーン燃焼制御
を行って、ルーチンを終了する。
しておらず完全不活性状態であると判定された場合に
は、排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃比となっても
NOxの放出は起きないため、ステップ8にて、通常の
燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了する。
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御を行わせ、排気浄化用触媒が
中間活性状態に達したら機関に強制的にリーン燃焼を行
わせて、排気浄化用触媒に流入する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にNO
xが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関始動直後の機関の安定度が確保される。
は第3実施形態又は第4実施形態の場合の内燃機関のシ
ステム図である。図2と異なる点は、排気通路6の排気
浄化用触媒7上流に2次空気を供給可能な2次空気供給
装置8が設けられていて、この2次空気供給装置8がコ
ントロールユニット10により制御されるようになって
いる。
る。第3実施形態は、第1実施形態のステップ4に代え
て、ステップ12を設けている。第1実施形態と異なる
部分についてのみ説明を行う。
ないと判定され、更にステップ2で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ3でフラグFLGN
OXを1とした後、ステップ12へ進む。
の燃料噴射量制御(始動直後リッチ制御)を行わせる一
方、2次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に2次
空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理論空
燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からNOxが
放出されるのを防止する。ここでも、排気ガス中の酸素
濃度が少なくとも図4に示しているA点となるように、
2次空気供給量を制御する。本実施形態ではこの部分が
排気空燃比リーン化手段に相当する。
燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活
性していない時において、前回の機関停止時に排気浄化
用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以上であっ
た場合には、機関には通常の燃料噴射量比制御(始動直
後リッチ制御)を行わせながら、排気通路の排気浄化用
触媒上流に2次空気を供給して、排気浄化用触媒に流人
する排気ガスをリーン空燃比とするため、排気浄化用触
媒の不活性期間にNOxが未浄化のまま大気中に放出さ
れることが抑制され、かつ、機関から排出されるNOx
も低減される。
は第4実施形態のフローチャートである。第4実施形態
は、第2実施形態のステップ4に代えて、ステップ12
を設けており、第2実施形態と第3実施形態とを組み合
わせたものである。第2実施形態と異なる部分について
のみ説明を行う。
れた場合にのみ、ステップ12にて、機関に対しては、
通常の燃料噴射量制御(始動直後リッチ制御)を行わせ
る一方、2次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に
2次空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からNO
xが放出されるのを防止する。
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御(始動直後リッチ制御)を行
わせ、排気浄化用触媒が中間活性状態に達したら機関に
通常の燃料噴射量制御(始動直後リッチ制御)を行わせ
ながら、排気通路の排気浄化用触媒上流に2次空気を供
給して、排気浄化用触媒に流人する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にNO
xが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関から排出されるNOxも低減され、更に、機
関始動直後の安定度が確保される。
を用いて、触媒温度Tcより、排気浄化用触媒7の活性
状態(完全活性状態及び中間活性状態)を判定するよう
にしたが、水温センサ14により検出される冷却水温T
wより排気浄化用触媒7の活性状態を推定するようにし
てもよい。
機関のシステム図
す図
機関のシステム図
Claims (7)
- 【請求項1】所定の運転条件にて空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態でリーン燃焼を行わせる一方、リー
ン燃焼時に排気ガス中のNOxを吸収する排気浄化用触
媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、 前記触媒の活性状態を判定する触媒活性判定手段と、前回の機関停止時に前記触媒に吸収されていたNOxの
量が所定値以上であるかを判定するNOx吸収量判定手
段と、 前記触媒活性判定手段が、前記触媒が吸収したNOxを
浄化しない不活性状態であると判定し、かつ、前記NO
x吸収量判定手段が前回の機関停止時に前記触媒に吸収
されていたNOxの量が所定値以上であると判定したと
きに、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な
状態とする排気空燃比リーン化手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項2】前記排気空燃比リーン化手段は、前記触媒
活性判定手段が、前記触媒が吸収したNOxを浄化しな
い不活性状態のうち、前記触媒が燃料過剰雰囲気であっ
ても吸収したNOxを脱離しない完全不活性状態を除
く、前記触媒が燃料過剰雰囲気であると吸収したNOx
を脱離するが浄化しない中間活性状態であると判定し、
かつ、前記NOx吸収量判定手段が前回の機関停止時に
前記触媒に吸収されていたNOxの量が所定値以上であ
ると判定したときに、排気ガスの空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態とすることを特徴とする請求項1記
載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項3】 前記排気空燃比リーン化手段は、機関に強
制的にリーン燃焼を行わせて、排気ガスの空燃比を理論
空燃比よりも空気過剰な状態とすることを特徴とする請
求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項4】 前記排気空燃比リーン化手段は、排気通路
の前記触媒上流に2次空気を供給して、排気ガスの空燃
比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とすることを特徴
とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化
装置。 - 【請求項5】 前記排気空燃比リーン化手段は、機関に空
燃比を理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッチ燃焼を
行わせながら、排気通路の前記触媒上流に2次空気を供
給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰
な状態とすることを特徴とする請求項1又は請求項2記
載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項6】 前記触媒活性判定手段が前記触媒が吸収し
たNOxを浄化しうる活性状態に達したと判定したとき
に、一時的に機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料過剰
な状態でリッチ燃焼を行わせるリッチ運転手段を設けた
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに
記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項7】機関の運転条件に応じて目標空燃比を定
め、この目標空燃比を得るようにシリンダ吸入空気量に
対する燃料噴射量を演算して制御し、所定の運転条件に
て前記目標空燃比を理論空燃比より空気過剰な状態とし
てリーン燃焼を行わせる一方、リーン燃焼時に排気ガス
中のNOxを吸収する排気浄化用触媒を排気通路に備え
た内燃機関の排気浄化装置において、 前記触媒が活性状態であるか否かを判定し、前記触媒が
完全活性はしていないものの中間活性しているか否かを
判定し、前記触媒が中間活性状態であると判定したとき
に強制リーン燃焼制御を行う一方、前記触媒が中間活性
状態に達していないと判定したときに通常の燃料噴射制
御を行うコントロールユニットを設けたことを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02145199A JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02145199A JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000220440A JP2000220440A (ja) | 2000-08-08 |
JP3480351B2 true JP3480351B2 (ja) | 2003-12-15 |
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ID=12055339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02145199A Expired - Lifetime JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1999
- 1999-01-29 JP JP02145199A patent/JP3480351B2/ja not_active Expired - Lifetime
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