JP3829422B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はNOx吸収触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば特開平6−117221号公報にあるように、リーン混合気で運転される内燃機関の排気浄化装置として、NOx吸収触媒によりリーン運転時に発生するNOxを吸着する技術が知られている。
【0003】
これは内燃機関の排気通路にNOxを吸着する能力のあるNOx吸収触媒を設置したもので、この触媒はリッチ混合気で運転すると、リーン運転中に吸着していたNOxを脱離し、かつ排気中に含まれるHC,COにより脱離されたNOxを還元する。したがって、リーン運転からストイキ混合気(理論空燃比)による運転への切換時に、混合気を一時的に理論空燃比よりもリッチ化(リッチスパイク)し、吸着されているNOxを脱離させると共に無害な状態に還元(転化)して大気に放出させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NOx吸収触媒として、2つの触媒、つまり排気マニホールドのマニホールド触媒と排気管の下流側の車両の床下に配置される床下触媒とを直列に配置したシステムにあっては、リーン運転中に吸着したNOxを脱離、還元するためにリッチスパイクを行っても、マニホールド触媒と床下触媒との温度差、触媒の劣化程度などにより、必ずしも両方の触媒に吸着されていたNOxが確実に脱離、還元できるとは限らない。
【0005】
例えば、図15に示すように、リーン運転から混合気をストイキに切換えると、リーン運転中にマニホールド触媒と床下触媒に吸着されていたNOxが脱離される。しかし、ストイキ混合気では、脱離したNOxを還元するのに必要なHC,COが不足するため、NOxの多くはそのまま外部に排出されてしまう。
【0006】
これに対して、図16のように、リーン運転からストイキ運転への切換時に1回だけリッチスパイクを行うと、排気中のHC,COが増え、脱離されたNOxが還元され、外部にそのまま排出されるNOx量が減少する。
【0007】
しかし、1回のリッチスパイクにより発生したHC,COは、もっぱら上流側の高温のマニホールド触媒のNOxの還元に利用され、下流側の床下触媒で脱離したNOxの還元にはあまり寄与しない。
【0008】
高温のマニホールド触媒と、これよりは低温の床下触媒とでは、NOxの脱離特性が図15のように異なり、高温側では短時間のうちにNOxの脱離が行われるが、低温側では脱離が緩やかで時間も長くかかる。
【0009】
したがってリッチスパイクを入れても、上流側触媒では応答よく反応したとしても、下流側触媒では反応が遅いためにNOxが十分に脱離しない。また、下流側触媒でNOxが十分に脱離、還元するように1回のリッチスパイクを大きくすると、下流側が脱離するまでの間に下流側触媒を通過してしまうHC,COも出てきて、それらが未燃のまま外部に排出されたりする。
【0010】
このように1回のリッチスパイクを入れる方法では、マニホールド触媒と床下触媒の温度、劣化の程度などにより、NOxの脱離時間や時期に差があるため、両方の触媒でのNOxの脱離、還元を満足させることは困難であった。
【0011】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、触媒の数に合わせた回数のリッチスパイクを行い、各触媒についてのいずれも効率のよいNOxの脱離と還元を実現することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、排気通路に直列に配置され、流入する混合気がリーンのときにNOxを吸着し、リッチのときに吸着されたNOxを脱離、還元する、複数のNOx吸収触媒と、リーン混合気運転からストイキ混合気運転への切換時に一時的に混合気を濃くしてリッチスパイクを行いNOxの脱離、還元を促す空燃比制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒の数に対応してリッチスパイクを複数回に分割して行う分割手段を備える。
【0013】
第2の発明は、前記NOx吸収触媒がマニホールド触媒と床下触媒とから構成され、前記分割手段は2回のリッチスパイクを行う。
【0014】
第3の発明は、運転状態から前記触媒の温度を推定する手段と、触媒の推定温度に応じてリッチスパイクの周期、若しくは大きさ、又は周期及び大きさを修正する手段を備える。
【0015】
第4の発明は、前記触媒の実際の温度を検出する手段と、触媒の実際の温度に応じてリッチスパイクの周期、若しくは大きさ、又は周期及び大きさを修正する手段を備える。
【0016】
第5の発明は、前記触媒の劣化程度を診断する手段と、触媒の劣化程度に応じてリッチスパイクの周期、若しくは大きさ、又は周期及び大きさを修正する手段を備える。
【0017】
第6の発明は、前記下流側触媒の出口付近に設けたNOxセンサと、NOxセンサの出力に応じて触媒の応答特性を学習、更新する手段と、この学習値に基づいてリッチスパイクの周期を修正する手段を備える。
【0018】
【発明の作用・効果】
第1の発明において、リーン混合気の運転からストイキ運転への切換時に、リッチスパイクを入れることにより、NOxの脱離と還元を行う。このリッチスパイクは、排気通路に直列に介装されるNOx吸収触媒の数に対応して複数回に分割され、これにより上流から下流まで各触媒の状況に対応して、最適な周期(タイミング)と大きさになり、確実かつ効率よく各触媒に吸着されていたNOxを脱離し、還元することができ、また、不必要な混合気のリッチ化を防ぎ、燃費の悪化やHC,COの排出量増加を回避できる。
【0019】
第2の発明では、上流のマニホールド触媒と下流の床下触媒のNOx脱離特性に対応した2回のリッチスパイクにより、両方の触媒から確実にNOxを脱離させ、かつ還元することができる。
【0020】
第3の発明において、触媒の温度に応じて吸着したNOxの脱離、還元特性が変化するが、触媒の温度を推定してリッチスパイクの周期、大きさを修正するので、より適確なNOxの脱離と還元が行える。
【0021】
第4の発明では、実際の触媒の温度を検出して、リッチスパイクの周期、大きさを修正するので、なお一層正確なNOxの脱離、還元が可能となる。
【0022】
第5の発明において、触媒の劣化程度に応じてNOxの吸着性能、脱離、還元特性も変化し、したがって、触媒の劣化を診断して劣化状態に対応してリッチスパイクの周期、大きさを修正することにより、触媒が劣化してもNOxの吸着と、脱離及び還元を安定的に行える。
【0023】
第6の発明では、実際の触媒の応答特性をNOxセンサの出力に基づいて学習、更新し、この学習値に応じてリッチスパイクの周期を修正するので、常に触媒性能を最良の状態に維持できる。
【0024】
【実施の形態】
以下、本発明の最良の実施の形態を図にしたがって説明する。
【0025】
図1において、15はエンジン本体、16は吸気通路、17は排気通路を示し、エンジン本体15には燃焼室内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁3が設けられる。この燃料噴射弁3からは、機関低負荷域など燃料が圧縮行程の後半に噴射され、圧縮上死点付近で点火栓4の近傍にのみ可燃混合気層を形成し、全体の空燃比がA/F=40を越える超リーン混合気についても安定して成層燃焼させ、これに対して機関高負荷域などでは燃料を吸気行程で噴射し、燃焼室全域で燃料と空気を予混合し、理論空燃比付近での均質燃焼を行うようになっている。
【0026】
排気通路17にはNOx吸収触媒として、排気マニホールド触媒7と、車両の床下面に配置される床下触媒8との2つの触媒が直列に設けられ、リーン混合気での運転時に発生したNOxを吸着する。これらの触媒7、8はリッチ混合気を供給したときに吸着したNOxを脱離すると同時に、排気中に含まれるHC,COの働きでNOxを還元するのであり、このため、コントローラ14によって前記燃料噴射弁3の燃料噴射量のリッチ化制御が行われる。
【0027】
空燃比制御手段としてのコントローラ14には、エアフローメータ1の検出した吸入空気量信号、スロットルバルブ開度センサ2の検出したスロットル開度信号、クランク角センサ5の検出したクランク角信号、エンジン冷却水温センサ6の検出した冷却水温信号、各触媒7,8の入口排気温度を検出する温度センサ9,10の触媒温度信号、下流の触媒8の出口においてNOxの濃度を検出するNOxセンサ11のNOx濃度信号、燃料噴射弁3から噴射される燃料圧力を検出する燃圧センサ12からの燃料圧力信号などが入力し、これらに基づいて、運転状態に応じて成層燃焼と均質燃焼を行うように燃料噴射量、噴射時期を制御し、また、リーン運転からストイキ運転への切換時に2回に分割したリッチスパイクを行い、触媒7,8に吸着されたNOxの脱離、還元を行う。
【0028】
このリッチスパイクについて図2のフローチャートにしたがって詳しく説明する。
【0029】
ステップ1において、上流と下流の各触媒入口の温度Temp1とTemp2とを検出する。ステップ2では、図3に示すような、リッチスパイクの深さに相当する各触媒についての空燃比制御の比例分P1とP2を、例えば図4に示すマップから検出した温度Temp1,Temp2に基づいてそれぞれ設定する。
【0030】
図15からも分かるとおり、温度の高い上流側触媒と温度の低い下流側触媒とではNOxの脱離特性が異なり、触媒入口温度が高いときはNOxの脱離時間が短く、かつ脱離量のピークが高くなる傾向にある。したがって、P1とP2については、温度が高いほど大きな値をとる。
【0031】
ステップ3では各触媒についてのリッチスパイクの傾きに相当する積分分I1,12を、例えば図5に示すマップから、やはり各触媒の温度Temp1,Temp2に基づいてそれぞれ設定する。触媒温度が高いほどNOx脱離時間が短くなるので、傾きは急になる。
【0032】
次にステップ4では1回目のリッチスパイクと2回目のリッチスパイクとの間隔(周期)T1を、図6に示すマップから、下流の触媒温度Temp2に基づいて設定する。
【0033】
さらにステップ5では、2回目のリッチスパイクの深さである比例分P3について、P3=P2−(P1−T1・I1)として算出する。
【0034】
これらに基づいてリーン運転からストイキ運転への切換時に2回のリッチスパイクを行うのであるが、これを図3を参照しながら説明する。
【0035】
リーン運転中に発生したNOxは、上流と下流の触媒7,8に吸着されていき、リーン運転からストイキ運転に切換るときに、空燃比をストイキよりも一時的にリッチにしてのリッチスパイクを入れることにより、触媒7,8から脱離し、かつ排気中のHC,COと反応して還元される。
【0036】
この触媒7,8からのNOxの脱離特性は、触媒7,8の温度により相違し、触媒温度が高いときほど脱離時間は短く、脱離量のピークが高くなる。したがって、通常は上流の温度の高い触媒7での脱離が急激になり、下流の温度の低い触媒8の脱離は緩慢となる。
【0037】
これら各触媒7,8の温度に応じて、2回に分けて行われるリッチスパイクの深さと傾きがそれぞれ設定され、上流の触媒7を目標とする1回目のリッチスパイクは深くかつ傾きが急となり、これに対して下流の触媒8を目標とする2回目のリッチスパイクは、1回目よりは深さが浅く、かつ傾きが緩やかとなる。
【0038】
また触媒8の温度が高いほどNOxの脱離時間が早まるので、これに応じて1回目のリッチスパイクと2回目のリッチスパイクとの間隔(周期)が短くなるように設定される。
【0039】
これらにより、1回目と2回目のリッチスパイクは、上流と下流の触媒7,8のNOx脱離特性に対応したものとなり、HC,COの供給がNOxの脱離に応じて行われ、各触媒7,8から確実にNOxが脱離すると共にその還元が効率的に行われ、外部に放出されるNOx量を低減することができる。
【0040】
また、リッチスパイクが過不足なく適確に行われる結果、不必要に過剰燃料を供給することもなく、燃費が改善されると共に、HC,COが未燃のまま外部に放出されるといったこともなくなる。
【0041】
なお、この実施の形態では、触媒7,8の入口温度を温度センサ9,10により検出しているが、吸入空気量やエンジン回転数などの運転状態から触媒温度を推定し、これに基づいて制御することもでき、この場合には温度センサ9,10が不要となり、システムがそれだけ簡略化できる。
【0042】
次に図7に示す第2の実施形態について説明する。
【0043】
NOx吸収触媒が劣化してくると、NOxの吸収量が少なくなり、しかも脱離時間も早くなり、したがって劣化程度に応じてリッチスパイクの大きさや周期を補正しないと適確な脱離、還元ができなくなる。
【0044】
このため、図7のフローチャートにも示すように、触媒劣化を判断し、これによりリッチスパイクを補正している。
【0045】
まず、ステップ1では触媒の劣化の程度を判断する。この触媒の劣化は、触媒の上流と下流にそれぞれO2センサを設置し、各O2センサの出力を比較することにより判断したり、あるいは触媒設置後の経過時間、積算距離などによって判断したりする。なお、2つのO2センサを設けた場合、触媒の劣化が進むと、O2のストレージ能力が低下し、上流と下流のO2濃度の変化特性が一致してくることなどから判断できる。
【0046】
そしてステップ2では、この劣化の度合いに応じて、1回目のリッチスパイクと2回目のリッチスパイクとの間隔(周期)T1に対する補正量αを、例えば図8に示すマップから検索する。
【0047】
同じようにして、ステップ3ではリッチスパイクの比例分であるPnについての補正量βを、図9に示すようなマップから求め、さらにステップ4では積分分Inについての補正量γを、図10に示すようなマップから求める。
【0048】
各補正量は、触媒の劣化が進むほどNOxの吸着量が少なくなり、かつ吸着したNOxの脱離時間が早まるので、これに応じてリッチスパイクが小さく、かつ相互の間隔が短くなるように設定されるのであり、すなわち、劣化の度合いが進むほど各補正量は大きくなる。
【0049】
このようにして触媒の劣化状態に応じての各補正量α、β、γを求めたら、ステップ5において、
T1’=T1−α
Pn’=Pn−β
In’=In−γ
として、各リッチスパイクの周期Ti’、比例分Pn’、積分分In’を算出する(なお、nはリッチスパイクの回数を表す)。
【0050】
これらの結果、触媒の特性が経時的に変化、つまり劣化していくと、これに対応して、リッチスパイクの大きさが小さく、かつ間隔も短くなり、劣化に応じて減少するNOxの吸着量、脱離時間の短縮に対して、適正なリッチスパイクを行うことができ、不必要に過剰燃料を供給することなく、確実にかつ適切にNOxの脱離、還元を行える。
【0051】
次に図11に示す第3の実施形態について説明する。
【0052】
これは、下流側の床下触媒の出口における実際のNOx濃度を検出しながら、触媒温度に対応して設定した周期T1の学習値を更新し、リッチスパイクの周期(間隔)のずれを修正するものである。
【0053】
まず、ステップ1で1回目のリッチスパイクP1を入れたら、ステップ2でタイマTimerのカウントを開始する。ステップ3では床下触媒の温度Temp2を検出する。
【0054】
ステップ4ではNOxセンサの検出値NOxnの前回値との差分ΔNOx(=NOxn-1−NOxn)が0よりも大きいかどうか判断する。そしてΔNOx≧0のときは、そのままリターンに戻るが、そうでないとき、つまり前回値NOxNn-1よりも今回値NOxnが大きくなったときは、ステップ5に進んでNOx排出量の最小値NOxnimとして前回の検出値NOxn-1をセットする。
【0055】
次にステップ6では再びΔNOx≧0かどうかを判断し、ΔNOxが0よりも大きくなるまで待ち、大きくなったときは、ステップ7に進んでNOx排出量の最大値NOxmaxとして、NOx排出量の前回値NOxn-1をセットする。そして、そのときのタイマカウント値Timer=Tαとする。
【0056】
このTαが、図12にも示すが、リッチスパイクP1を入れたときから、実際の下流側触媒から排出されるNOxの排出量がピークになるまでの遅れ時間を表している。ただし、この遅れ時間Tαの中には、触媒の応答遅れ時間に加えて実際に排気が下流側触媒に達するまでの遅れ時間TMがはいる。この遅れ時間TMは、図13に示すように、エンジンから床下触媒までの距離に比例し、かつそのときのエンジン回転数と吸入空気量に応じて変化する。
【0057】
次にステップ8では、NOxmax−NOxmin≧Aがどうかを判断する。このAはNOx増加量の判定値であり、NOxmaxとNOxminとの差異が所定値Aよりも大きいときに、下流側触媒のNOxの脱離のピークがきたものと判断し、ステップ9に移り、実際のピーク実遅れ時間TBを、TB=Tα−TMとして求める。なお、TMはマップ14からエンジン回転数rpmと吸入空気量(燃料噴射パルス幅)TPに基づいて求める。
【0058】
このようにして実際の触媒の応答性に起因してのピーク遅れ時間TBを算出したら、ステップ10において、図14に示すマップから、1回目のリッチスパイクと2回目のリッチスパイクとの周期(間隔)T1の修正値として、ΔTを算出する。そして、ステップ11ではΔTの学習値として、ΔTNEW=ΔTOLD+ΔTとする。
【0059】
図14から明らかなとおり、ΔTはTBがプラス側の値ならば、マイナス側の値となるので、ピークの遅れ時間TBがプラス側に大きくなるほど、修正値ΔTはマイナス側に大きくなり、1回目と2回目のリッチスパイクの間隔T1を短くなるように修正する。
【0060】
そして、ステップ12において、この学習値ΔTNEWを、床下触媒のそのときの温度に応じて割り付けた格子により更新し、1回目と2回目とのリッチスパイクの間隔を修正、つまり学習、更新する。
【0061】
このようにして、本実施の形態では、下流側の床下触媒の実際の応答遅れに対応して、2回目のリッチスパイクを入れるタイミングを修正するので、常に最良の状態でリッチスパイクを入れることができ、過剰な燃料の供給を防止しつつ排気組成の改善が図れる。
【0062】
なお、上記の各実施形態にあっては、NOx吸収触媒として、マニホールド触媒と床下触媒との2つの触媒を直列に配置した例を示したが、複数の触媒であるならばこれに限らず、その場合リッチスパイクの回数は、触媒の数に一致するように分割設定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す全体の概略構成図である。
【図2】同じくその制御内容を示すフローチャートである。
【図3】リッチスパイクを行ったときのNOx排出特性を示す特性説明図である。
【図4】リッチスパイクの比例分を示す説明図である。
【図5】リッチスパイクの積分分を示す説明図である。
【図6】リッチスパイクの周期を示す説明図である。
【図7】別の実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図8】リッチスパイクの周期の補正量を示す説明図である。
【図9】リッチスパイクの比例分の補正量を示す説明図である。
【図10】リッチスパイクの積分分の補正量を示す説明図である。
【図11】さらに別の実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図12】リッチスパイクとNOx排出特性の関係を示す特性説明図である。
【図13】遅れ時間を表す特性説明図である。
【図14】リッチスパイクの周期補正量を示す説明図である。
【図15】空燃比をリーンからストイキに切換えたときのNOx排出特性を示す説明図である。
【図16】従来のリッチスパイクを行ったときのNOx排出特性を示す説明図である。
【符号の説明】
1 エアフローメータ
2 スロットルバルブ開度
3 燃料噴射弁
4 点火栓
7 排気マニホールド触媒
8 床下触媒
11 NOxセンサ
14 コントローラ
15 エンジン本体
16 吸気通路
17 排気通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a NOx absorption catalyst.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-117221, a technology for adsorbing NOx generated during lean operation by a NOx absorption catalyst is known as an exhaust purification device for an internal combustion engine that is operated with a lean air-fuel mixture.
[0003]
This is a NOx absorption catalyst capable of adsorbing NOx in the exhaust passage of the internal combustion engine. When this catalyst is operated with a rich air-fuel mixture, NOx adsorbed during lean operation is desorbed and exhausted. NOx desorbed by HC and CO contained in is reduced. Therefore, when switching from lean operation to operation with stoichiometric air-fuel mixture (theoretical air-fuel ratio), the air-fuel mixture is temporarily made richer than the stoichiometric air-fuel ratio (rich spike) to desorb adsorbed NOx and be harmless. It is reduced (converted) to a stable state and released into the atmosphere.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a system in which two catalysts, that is, a manifold catalyst of the exhaust manifold and an underfloor catalyst disposed under the floor of the vehicle downstream of the exhaust pipe are arranged in series as NOx absorption catalysts, they are adsorbed during lean operation. Even if a rich spike is performed to desorb and reduce the NOx, the NOx adsorbed on both catalysts is surely desorbed due to the temperature difference between the manifold catalyst and the underfloor catalyst, the degree of deterioration of the catalyst, etc. It cannot be reduced.
[0005]
For example, as shown in FIG. 15, when the air-fuel mixture is switched from the lean operation to stoichiometric, NOx adsorbed on the manifold catalyst and the underfloor catalyst during the lean operation is desorbed. However, in the stoichiometric mixture, HC and CO necessary for reducing the desorbed NOx are insufficient, so that most of the NOx is discharged to the outside as it is.
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 16, when the rich spike is performed only once at the time of switching from the lean operation to the stoichiometric operation, HC and CO in the exhaust gas increase, and the desorbed NOx is reduced and left outside as it is. The amount of NOx discharged is reduced.
[0007]
However, HC and CO generated by one rich spike are used exclusively for the reduction of NOx of the upstream high-temperature manifold catalyst and do not contribute much to the reduction of NOx desorbed by the downstream underfloor catalyst.
[0008]
The NOx desorption characteristics are different between the high temperature manifold catalyst and the lower temperature underfloor catalyst as shown in FIG. 15, and NOx is desorbed in a short time on the high temperature side. Separation takes a long time.
[0009]
Therefore, even if a rich spike is inserted, even if the upstream catalyst reacts with good response, the downstream catalyst does not desorb sufficiently because the reaction is slow in the downstream catalyst. In addition, if one rich spike is increased so that NOx is sufficiently desorbed and reduced by the downstream catalyst, HC and CO that pass through the downstream catalyst before the downstream side is desorbed also come out. , They are discharged outside without burning.
[0010]
As described above, in the method of inserting one rich spike, the NOx desorption time and timing differ depending on the temperature of the manifold catalyst and the underfloor catalyst, the degree of deterioration, etc. It was difficult to satisfy the reduction.
[0011]
The present invention has been proposed in order to solve such problems, and performs rich spikes corresponding to the number of catalysts to achieve efficient NOx desorption and reduction for each catalyst. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The first invention is arranged in series in the exhaust passage, and adsorbs NOx when the inflowing air-fuel mixture is lean, and desorbs and reduces NOx adsorbed when it is rich, and a plurality of NOx absorption catalysts, In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising an air-fuel ratio control means that temporarily enriches an air-fuel mixture when switching from lean air-fuel mixture operation to stoichiometric air-fuel mixture operation and performs rich spike to promote NOx desorption and reduction, Dividing means for dividing the rich spike into a plurality of times corresponding to the number of the catalysts is provided.
[0013]
In the second invention, the NOx absorption catalyst is composed of a manifold catalyst and an underfloor catalyst, and the dividing means performs two rich spikes.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided means for estimating the temperature of the catalyst from the operating state, and means for correcting the cycle or size of the rich spike or the cycle and size according to the estimated temperature of the catalyst.
[0015]
According to a fourth aspect of the invention, there is provided means for detecting the actual temperature of the catalyst and means for correcting the cycle or magnitude of the rich spike or the period and size in accordance with the actual temperature of the catalyst.
[0016]
The fifth invention comprises means for diagnosing the degree of deterioration of the catalyst and means for correcting the cycle or size of the rich spike or the period and size according to the degree of catalyst deterioration.
[0017]
According to a sixth aspect of the invention, a NOx sensor provided near the outlet of the downstream catalyst, a means for learning and updating the response characteristics of the catalyst in accordance with the output of the NOx sensor, and a rich spike cycle based on the learned value. Means for correcting are provided.
[0018]
[Operation and effect of the invention]
In the first aspect of the present invention, NOx is desorbed and reduced by introducing a rich spike at the time of switching from the lean gas mixture operation to the stoichiometric operation. This rich spike is divided into a plurality of times corresponding to the number of NOx absorption catalysts that are interposed in series in the exhaust passage, and accordingly, an optimum period (timing) corresponding to the situation of each catalyst from upstream to downstream. NOx adsorbed on each catalyst can be desorbed and reduced reliably and efficiently, and it prevents unnecessary enrichment of the air-fuel mixture, resulting in deterioration of fuel consumption and emission of HC and CO. Increase in volume can be avoided.
[0019]
In the second invention, NOx can be reliably desorbed from both catalysts and reduced by two rich spikes corresponding to the NOx desorption characteristics of the upstream manifold catalyst and the downstream underfloor catalyst.
[0020]
In the third invention, the desorption / reduction characteristics of the adsorbed NOx change according to the temperature of the catalyst, but the period and the size of the rich spike are corrected by estimating the temperature of the catalyst. Can be eliminated and reduced.
[0021]
In the fourth invention, the actual temperature of the catalyst is detected and the cycle and size of the rich spike are corrected, so that it is possible to desorb and reduce NOx even more accurately.
[0022]
In the fifth aspect of the invention, the NOx adsorption performance, desorption, and reduction characteristics also change according to the degree of deterioration of the catalyst. Accordingly, the deterioration of the catalyst is diagnosed, and the cycle and size of the rich spike are determined in accordance with the deterioration state. By correcting, NOx adsorption, desorption and reduction can be stably performed even if the catalyst is deteriorated.
[0023]
In the sixth aspect of the invention, the actual catalyst response characteristics are learned and updated based on the output of the NOx sensor, and the rich spike cycle is corrected according to the learned value, so that the catalyst performance can always be maintained in the best state. .
[0024]
Embodiment
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0025]
In FIG. 1,
[0026]
In the
[0027]
The
[0028]
The rich spike will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0029]
In
[0030]
As can be seen from FIG. 15, the NOx desorption characteristics differ between the high temperature upstream catalyst and the low temperature downstream catalyst. When the catalyst inlet temperature is high, the NOx desorption time is short and the desorption amount is low. The peak tends to be higher. Therefore, P1 and P2 take larger values as the temperature is higher.
[0031]
In
[0032]
Next, in
[0033]
Further, in
[0034]
Based on these, two rich spikes are performed when switching from lean operation to stoichiometric operation, which will be described with reference to FIG.
[0035]
NOx generated during lean operation is adsorbed by the upstream and
[0036]
The desorption characteristics of NOx from the
[0037]
Depending on the temperature of each of these
[0038]
Further, since the NOx desorption time is earlier as the temperature of the
[0039]
As a result, the first and second rich spikes correspond to the NOx desorption characteristics of the upstream and
[0040]
In addition, as a result of the rich spike being accurately performed without excess or deficiency, unnecessary fuel is not supplied unnecessarily, fuel efficiency is improved, and HC and CO are discharged outside without being burned. Disappear.
[0041]
In this embodiment, the inlet temperatures of the
[0042]
Next, a second embodiment shown in FIG. 7 will be described.
[0043]
As the NOx absorption catalyst deteriorates, the amount of NOx absorbed decreases, and the desorption time also becomes faster. Therefore, unless the size and cycle of the rich spike are corrected according to the degree of deterioration, proper desorption and reduction can be achieved. become unable.
[0044]
For this reason, as shown also in the flowchart of FIG. 7, the catalyst deterioration is judged, and thereby the rich spike is corrected.
[0045]
First, in
[0046]
In
[0047]
Similarly, in
[0048]
Each correction amount is set so that the amount of NOx adsorbed decreases as the catalyst progresses and the desorption time of adsorbed NOx increases, so that the rich spike is small and the mutual interval is shortened accordingly. That is, each correction amount increases as the degree of deterioration increases.
[0049]
When the correction amounts α, β, γ according to the deterioration state of the catalyst are obtained in this way, in
T1 ′ = T1-α
Pn ′ = Pn−β
In ′ = In−γ
As described above, the period Ti ′, the proportional component Pn ′, and the integral component In ′ of each rich spike are calculated (where n represents the number of rich spikes).
[0050]
As a result, when the characteristics of the catalyst change over time, that is, deteriorate, the amount of NOx adsorbed correspondingly decreases with the size of the rich spike and the interval becoming shorter. As a result, an appropriate rich spike can be performed to shorten the desorption time, and NOx can be desorbed and reduced reliably and appropriately without unnecessarily supplying excess fuel.
[0051]
Next, a third embodiment shown in FIG. 11 will be described.
[0052]
This is to detect the actual NOx concentration at the outlet of the downstream underfloor catalyst, update the learning value of the cycle T1 set corresponding to the catalyst temperature, and correct the shift of the rich spike cycle (interval). It is.
[0053]
First, when the first rich spike P1 is inserted in
[0054]
In
[0055]
Next, in
[0056]
As shown in FIG. 12, this Tα represents the delay time from when the rich spike P1 is inserted until the actual amount of NOx discharged from the downstream catalyst reaches its peak. However, in this delay time Tα, in addition to the response delay time of the catalyst, there is a delay time TM until the exhaust actually reaches the downstream catalyst. As shown in FIG. 13, the delay time TM is proportional to the distance from the engine to the underfloor catalyst, and changes according to the engine speed and the intake air amount at that time.
[0057]
Next, in
[0058]
When the peak delay time TB resulting from the actual catalyst responsiveness is calculated in this way, in
[0059]
As is apparent from FIG. 14, ΔT is a negative value if TB is a positive value. Therefore, as peak delay time TB increases on the positive side, correction value ΔT increases on the negative side. Then, the second rich spike interval T1 is corrected to be shorter.
[0060]
In
[0061]
In this way, in the present embodiment, the timing of inserting the second rich spike is corrected corresponding to the actual response delay of the downstream underfloor catalyst, so that the rich spike can always be inserted in the best state. This makes it possible to improve the exhaust composition while preventing excessive fuel supply.
[0062]
In each of the above embodiments, as an NOx absorption catalyst, an example in which two catalysts, a manifold catalyst and an underfloor catalyst, are arranged in series has been shown. In that case, the number of rich spikes is divided and set to match the number of catalysts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 3 is a characteristic explanatory diagram showing NOx emission characteristics when a rich spike is performed.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a proportional portion of a rich spike.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an integral part of a rich spike.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cycle of rich spikes.
FIG. 7 is a flowchart showing the control content of another embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a correction amount of a rich spike cycle.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a correction amount corresponding to the proportion of rich spikes.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a correction amount corresponding to rich spike integration.
FIG. 11 is a flowchart showing the contents of control in still another embodiment.
FIG. 12 is a characteristic explanatory diagram showing a relationship between rich spikes and NOx emission characteristics;
FIG. 13 is a characteristic explanatory diagram showing a delay time.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a period correction amount of a rich spike.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing NOx emission characteristics when the air-fuel ratio is switched from lean to stoichiometric.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing NOx emission characteristics when a conventional rich spike is performed.
[Explanation of symbols]
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