JP3764193B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーン条件でNOxを吸着し、ストイキ条件でNOxを還元する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の排気浄化装置としては、例えば特開平6−66185号公報がある。この装置はNOx吸着材の下流に三元触媒を有し、リーン条件でNOxを吸着する。三元条件でのスタートでA/Fをリッチ化して脱離したNOxをA/Fのリッチ化による過剰な還元材(HC,CO)で処理するものである。
【0003】
またNOx吸着材としては特開平6−205975号公報に示すように、Pt/Pd/RhとLa,Ceの組み合わせがある。
【0004】
さらにHC吸着材としては特開平3−135437号公報に示すように、ゼオライトにCuをイオン交換したものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の排気浄化装置にあっては、リーン条件で吸着したNOxを還元するには、リーン条件からの切り換え時に一時的にA/Fをストイキよりリッチにして、還元材を多量に供給して脱離したNOxを処理する触媒となっていたため、NOxの脱離が終了するまでリッチにし続けると燃費の悪化が大きいという問題があった。
【0006】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、NOx吸着触媒の下流にHC吸着材と、この吸着材に吸着されたHCとNOx吸着触媒から脱離したNOxを反応させる三元触媒とを装着した排気浄化装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、排気管にリーン条件ではNOxを吸着すると共にストイキ条件ではNOxを還元するNOx吸着型三元触媒を有し、その下流にはHCを吸着すると共にストイキ条件ではNOxを還元するHC吸着型三元触媒を有し、予め回転数と負荷に基づいて設定された運転領域に対応してエンジンに吸入される混合気のA/Fをリーンとストイキに切換える一方、ストイキからリーンに切換えるときの切換時間は、切換前の計測されたストイキ運転時間が長いほど長く設定し、この切換時間内において時間の経過と共に空燃比をストイキからリーンまで変化させる事を特徴とする。
【0008】
【作用】
本発明によれば、ストイキからリーンへA/Fを切り換える時に、A/Fを著しくリッチ化する必要がないので燃費の悪化を防止することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に用いる材料は従来例に示した特開平6−205975号公報および特開平3−135437号公報のものが適用される。
【0010】
〔実施の形態1〕
本発明の実施の形態1を図1〜図6により説明する。
【0011】
図1はシステム構成を示している。
【0012】
図1においてエンジン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る。そして、混合気は燃焼室内で点火栓6により点火されて燃焼する。
【0013】
燃料噴射弁5は後述するコントロールユニット12からのエンジン回転に同期して所定のタイミングで出力される駆動パルス信号により通電されて開弁し、所定圧力に調整された燃料を噴射する。従って、駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。
【0014】
エンジン1からの排気は、排気マニホールド7を経て、排気管8に至る。
【0015】
この排気管8の途中には、NOx吸着触媒9AとHC吸着型三元触媒9Bとが介装されている。このNOx吸着触媒9Aは、リーン運転時にNOxを吸着し、このNOxをストイキ運転時に脱離するものである。
【0016】
HC吸着型三元触媒9BはHCを吸着すると共に、三元触媒としての機能を有するものである。そして、排気はマフラー11を経て排出される。
【0017】
燃料噴射弁5の作動を制御するコントロールユニット12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。
【0018】
前記各種のセンサとしては、スロットル弁3の上流側でエンジン1の吸入空気流量Qを検出するエアフローメータ13、エンジン1のカム軸回転から基準クランンク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接的にエンジン回転数Nを検出できるクランク角センサ14、エンジン1のウォータジャケット内の冷却水温度Twを検出する水温センサ15、排気マニホールド7に取付けられてエンジン1に吸入される混合気の空燃比に関連する排気中酸素濃度に対応した電圧信号を出力するO2 センサ16、更に必要により排気温度(触媒入口温度又は出口温度)Teを検出する排気温センサ17等が設けられている。
【0019】
ここにおいて、コントロールユニット12は、前記各種のセンサからの信号に基づき後述のごとく演算処理を行って、燃料噴射弁5の作動を制御する。
【0020】
次に図2〜図3のフローチャートに従ってコントロールユニット12の演算処理内容について説明する。尚、本フローは所定時間Δt(例えば10ms)毎に実行される。
【0021】
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13からの信号に基づいて吸入空気流量Qを検出する。
【0022】
ステップ2では、クランク角センサ14からの信号に基づいてエンジン回転数Nを検出する。
【0023】
ステップ3では、吸入空気流量Qとエンジン回転数Nとから、ストイキ(A/F=14.6)相当の基本燃料噴射量Tp=K×Q/N(Kは定数)を計算する。
【0024】
ステップ4では、水温センサ15からの信号に基づいて冷却水温度Twを検出する。
【0025】
ステップ5では、冷却水温度Twが例えば75℃以上か否かを判定し、75℃未満の低温時は、ストイキにより運転するため、ステップ8へ進む。
【0026】
冷却水温度Twが75℃以上の時は、運転領域に応じた空燃比の切換制御を実現するため、ステップ6へ進む。
【0027】
ステップ6では、エンジン回転数Nと基本燃料噴射量(負荷)Tpとに基づき、図4のマップ上での領域(ストイキ領域・リーン領域)を検出して、ステップ7へ進む。
【0028】
ステップ7では、リーン領域か否かを判定し、NO(ストイキ領域)のときはストイキ運転のためにステップ8へ進み、YES(リーン領域)のときはリーン運転のためにステップ14へ進む。ストイキ領域、リーン領域の処理は図3の処理フローに示されている。
【0029】
〔ストイキ運転の場合〕
ステップ8では、リーンフラグFLの値(ストイキ運転中はFL=0、リーン運転中はFL=1)を判定する。
【0030】
FL=1のときは、現在リーン運転中でリーン→ストイキの切換指令がなされたときであり、このときはステップ9へ進み、リーンフラグFL=0にする。また、次のステップ10では、ストイキ運転継続時間計測用のタイマTMSをクリアする(TMS=0)。
【0031】
FL=0のときは、ストイキ運転継続中であるので、ステップ11へ進み、ストイキ運転継続時間計測用のタイマTMSを本ルーチンの実行時間隔Δt分カウントアップする(TMS=TMS+Δt)。
【0032】
これらの後、ステップ12へ進み、O2 センサ16からの信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを計算する。
【0033】
次のステップ13では、ストイキ相当の基本燃料噴射量Tpと、空燃比フィードバック補正係数αと、バッテリ電圧に基づいて設定される電圧補正分(無効噴射時間)Tsとから、次式に従って、燃料噴射量Tiを計算し、本ルーチンを終了する。
【0034】
Ti=Tp×α+Ts
燃料噴射量Tiが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このTiのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁5に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。
【0035】
〔リーン運転の場合〕
ステップ14では、リーンフラグFLの値(ストイキ運転中はFL=0、リーン運転中はFL=1)を判定する。
【0036】
FL=0のときは、現在ストイキ運転中でストイキ→リーンの切換指令がなされたときであり、このときはステップ15へ進み、リーンフラグFL=1にする。また、次のステップ16では、リーン切換後時間計測用のタイマTMLをクリアする(TM=0)。
【0037】
更に、次のステップ17では、図5に示すように、ストイキ運転継続時間TMSに応じてリーン切換時の最終目標リーン空燃比(例えばA/F=22)への切換速度に関連する切換時間(切換開始から完了までの時間)Tcを定めたマップを参照して、実際のストイキ運転継続時間TMSから切換時間Tcを検索する。ここで、ストイキ運転継続時間TMSが長い程、切換速度が遅くなるように、切換時間Tcを長く設定してある。本実施の形態のNOx吸着触媒9Aは、リーン条件においてNOxを吸着し、その後のストイキ条件においてNOxを脱離・還元するものであるので、ストイキ運転継続時間TMSが長い程、NOxの脱離・還元処理が進むので、NOx吸着能力が高くなるからである。
【0038】
FL=1のときは、リーン運転継続中であるので、ステップ18へ進み、リーン切換後時間計測用のタイマTMLを本ルーチンの実行時間隔Δt分カウントアップする。
【0039】
これらの後、ステップ19へ進み、現時点のリーン切換後時間TMLを切換時間Tcと比較し、TML≦Tc(切換時間内)の場合は、ステップ20へ進む。ステップ20では、次式のごとく、基本燃料噴射量Tpを補正した上で、燃料噴射量Tiを計算し、本ルーチンを終了する。
【0040】
Ti=Tp×〔1−(1−14.6/22)・(TML/Tc)〕+Ts
すなわち、切換時間Tc内において、時間(TML)経過と共に、目標空燃比をストイキ(A/F=14.6)から最終目標リーン空燃比(A/F=22)まで変化させつつ、基本燃料噴射量Tpを目標空燃比相当に補正した上で、燃料噴射量Tiを計算する。
【0041】
TML>Tc(切換時間経過後)の場合は、ステップ21へ進む。
【0042】
ステップ21では、次式のごとく、基本燃料噴射量Tpを最終目標リーン空燃比(A/F=22)相当に補正した上で、燃料噴射量Tiを計算し、本ルーチンを終了する。
【0043】
Ti=Tp×(14.6/22)+Ts
燃料噴射量Tiが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このTiのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁5に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はリーンに制御される。
【0044】
本実施の形態においては、主にステップ6,7,13,19,20,21の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ8,9,10,11の部分が運転履歴(ストイキ運転継続時間)記憶手段に相当し、ステップ17の部分が切換速度決定手段に相当する。
【0045】
本実施の形態と従来例との比較を図6に示す。
【0046】
図6において時刻▲1▼でFLを0→1として、リーン条件になる。
【0047】
時刻▲2▼でFLを1→0として、ストイキ条件になる。A/Fを上段に示す。
【0048】
従来例では、点線に示すように▲2▼ではA/F=10程度のリッチにして還元材であるCOやHCを多量に排出して、吸着されていたNOxを還元する。一方、本実施の形態では、実線に示すようにHC吸着材9Bに吸着されていたHCを還元材とできるので図のようにA/Fのリッチ化を小さくしたり、不要にできる。このため下段のように燃料消費量の増加が小さく、本実施の形態では燃費悪化を小さくできる。
【0049】
なお図示していないが、触媒から排出されるNOx量は同一である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によればその構成をNOx吸着材の下流にHC吸着材と三元触媒とを装着する排気システムとしたため、ストイキからリーンへA/Fを切り換える時に、A/Fを著しくリッチ化する必要がないので燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における実施の形態1のシステム構成を示した図である。
【図2】本発明における実施の形態1の演算処理を示すフローチャートである。
【図3】本発明における実施の形態1の演算処理を示すフローチャートである。
【図4】本発明における実施の形態1のマップを示した図である。
【図5】本発明における実施の形態1の切換時間を定めたマップを示した図である。
【図6】本発明における実施の形態1と従来例との比較を示した図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 エアクリーナ
3 スロットル弁
4 吸気マニホールド
5 燃料噴射弁
6 点火栓
7 排気マニホールド
8 排気管
9A NOx吸着触媒
9B HC吸着型三元触媒
11 マフラー
12 コントロールユニット
13 エアフローメータ
14 クランク角センサ
15 水温センサ
16 O2 センサ
17 排気温センサ
Claims (4)
- 排気管にリーン条件ではNOxを吸着すると共にストイキ条件ではNOxを還元するNOx吸着型三元触媒を有し、
その下流にはHCを吸着すると共にストイキ条件ではNOxを還元するHC吸着型三元触媒を有し、
予め回転数と負荷に基づいて設定された運転領域に対応してエンジンに吸入される混合気のA/Fをリーンとストイキに切換える一方、ストイキからリーンに切換えるときの切換時間は、切換前の計測されたストイキ運転時間が長いほど長く設定し、この切換時間内において時間の経過と共に空燃比をストイキからリーンまで変化させる事を特徴とする排気浄化装置。 - 同一のコンテナ内に2つの担体を有し、上流側の担体には前記NOx吸着型三元触媒を、その下流側には前記HC吸着型三元触媒を有する事を特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
- 前記HC吸着型三元触媒として、Cu−ZSM−5と貴金属系三元触媒とを二層に塗り分けたハイブリッド型触媒とする事を特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
- エンジンに吸入される混合気のA/Fをリーンとストイキとに運転条件に対応して変化させる場合、リーンからストイキへ変化させる時に、一時的にA/FをストイキよりリッチなA/Fとする事を特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
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Families Citing this family (2)
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1995
- 1995-09-11 JP JP23292595A patent/JP3764193B2/ja not_active Expired - Lifetime
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