JP3870749B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に少なくとも2個の触媒を直列に配置し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】
近年の自動車の排出ガス浄化システムにおいては、例えば、特開2000−2133号公報に示すように、エンジン始動直後の炭化水素(以下「HC」と表記する)の排出量を低減するために、排気通路に2個のHC吸着触媒を直列に設置したものがある。一般に、HC吸着触媒は、ゼオライト等のHC吸着成分と貴金属等の三元触媒成分とを担体に担持させた触媒であり、始動直後のように触媒温度が低い時に排出ガス中のHCを吸着し、触媒温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着したHCを脱離させ、更に、触媒温度が活性温度領域に昇温した時に、三元触媒成分によって排出ガスの浄化反応を促進させるものである。
【0003】
更に、上記公報のものは、上流側HC吸着触媒の上流側に酸素センサを設置すると共に、下流側HC吸着触媒の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサを設置し、下流側HC吸着触媒の上流側と下流側の各空燃比センサの出力に基づいて、空燃比フィードバック制御(比例積分制御)の比例定数や積分定数を補正することで、活性化したHC吸着触媒での空燃比が理論空燃比となるように制御して、活性化したHC吸着触媒での浄化率を高めて、排気エミッションを改善するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の空燃比制御では、活性化したHC吸着触媒での空燃比が理論空燃比となるように制御されるため、活性化したHC吸着触媒での浄化率は高くなるが、活性化していないHC吸着触媒については、却って浄化率が低下する場合がある。例えば、エンジン始動後に上流側HC吸着触媒が活性化し、下流側HC吸着触媒の温度がHC脱離温度領域である場合、上記公報の空燃比制御では、上流側HC吸着触媒での空燃比が理論空燃比となるように制御されるため、下流側HC吸着触媒での空燃比が脱離HCによってリッチとなり(つまり脱離HCと反応する酸素が不足する状態となり)、脱離HCが浄化されずにそのまま大気中に排出されてしまう。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、エンジン始動後のHC排出量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に少なくとも2個の触媒を直列に配置し、そのうちの下流側触媒にはHC吸着触媒を用い、上流側触媒の上流側及び下流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出するセンサを設置している。そして、メインフィードバック制御手段は、上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の上流側の空燃比を第1の目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正し、第1のサブフィードバック制御手段は、下流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の上流側の空燃比を第2の目標空燃比に一致させるように前記第1の目標空燃比をフィードバック補正し、第2のサブフィードバック制御手段は、下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて前記第2の目標空燃比をフィードバック補正する。更に、内燃機関の運転中は、脱離炭化水素浄化制御手段によって、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に前記第2の目標空燃比をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。
【0007】
このように、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、第2の目標空燃比(下流側触媒の上流側の目標空燃比)をそれまでよりもNOxが増加しない範囲内でリーン側の空燃比に切り換えると、下流側触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーン側に制御される。これにより、下流側触媒に流入する排出ガス中の酸素濃度が増加するため、下流側触媒から脱離したHCと排出ガス中の酸素とが反応しやすくなって脱離HCの浄化が促進され、HC排出量が低減される。また、第2の目標空燃比でリーン化を実施するため、NOxの増加も防止することができる。
【0008】
この場合、請求項2のように、脱離HC浄化制御の実行中に、少なくとも下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の劣化の有無を下流側触媒劣化判定手段によって判定するようにしても良い。つまり、下流側触媒(HC吸着触媒)の劣化度合が進むほど、HC吸着能力が低下してHC吸着量が減少し、触媒温度がHC脱離温度領域に昇温した時のHC脱離量が減少する。このように、下流側触媒が劣化してHC脱離量が減少すると、下流側触媒内で脱離HCと反応する排出ガス中の酸素の割合が少なくなって、下流側触媒から流出する排出ガスの空燃比(下流側触媒の下流側のセンサの出力)が通常よりも早くリーン側に変化する。この特性を考慮して、脱離HC浄化制御の実行中に、下流側触媒の下流側のセンサの出力の挙動を監視すれば、下流側触媒のHC脱離能力の判定、ひいては下流側触媒の劣化判定を行うことができる。この際、下流側触媒の上流側と下流側の両方のセンサの出力の挙動を監視すれば、下流側触媒の劣化判定(HC脱離能力の判定)を更に精度良く行うことができる。
【0009】
また、請求項3のように、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを、下流側触媒の温度又は排出ガスの温度を検出する温度センサの出力に基づいて判定するようにしても良い。このようにすれば、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温するタイミング(HC脱離タイミング)を精度良く検出することができる。
【0010】
或は、始動後経過時間に応じて下流側触媒の温度が上昇することに着目して、請求項4のように、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを、始動後経過時間に基づいて判定するようにしても良い。このようにすれば、触媒温度又は排出ガスの温度を検出する温度センサを設ける必要がなく、その分、製造コストを低減することができる。尚、始動後経過時間の判定値は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、始動時の冷却水温や外気温、始動からの燃料消費量積算値等によって始動後経過時間の判定値を補正するようにすれば、判定精度を向上することができる。
【0011】
この場合、請求項5のように、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域から活性温度領域に昇温した時、又は、下流側触媒の下流側のセンサ出力がリッチからリーンに切り換わった時に、第2の目標空燃比を通常の設定値に戻すようにすると良い。このようにすれば、HC脱離が終了した時点で、第2の目標空燃比を通常の設定値に戻すことができ、脱離HC浄化制御から触媒活性時の空燃比制御への切り換えを最適なタイミングで行うことができる。
【0012】
また、請求項6のように、脱離HC浄化制御の実行中に下流側触媒の下流側の目標空燃比を通常よりもリーン側の空燃比に切り換えるようにしても良い。このようにすれば、下流側触媒に流入する排出ガスの空燃比をより確実にリーン側に制御することができ、脱離HCの浄化能力をより確実に高めることができる。
【0013】
以上説明した請求項1乃至6に係る発明は、下流側触媒をHC吸着触媒とした構成となっているが、上流側触媒をHC吸着触媒とした構成のものに対して本発明を適用する場合は、請求項7のように、脱離炭化水素浄化制御手段によって、上流側触媒(HC吸着触媒)の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、上流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に第1の目標空燃比をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行するようにすれば良い。
【0014】
このように、上流側触媒をHC吸着触媒とした構成のものでは、上流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、第1の目標空燃比(上流側触媒の上流側の目標空燃比)をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えると、上流側触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーン側に制御される。これにより、上流側触媒に流入する排出ガス中の酸素濃度が増加するため、上流側触媒から脱離したHCと排出ガス中の酸素とが反応しやすくなって脱離HCの浄化が促進され、HC排出量が低減される。
【0015】
この場合、請求項8のように、脱離HC浄化制御の実行中に、少なくとも上流側触媒(HC吸着触媒)の下流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の劣化の有無を上流側触媒劣化判定手段によって判定するようにしても良い。つまり、下流側触媒(HC吸着触媒)が劣化してHC脱離量が減少すると、上流側触媒内で脱離HCと反応する排出ガス中の酸素の割合が少なくなって、上流側触媒から流出する排出ガスの空燃比(上流側触媒の下流側のセンサの出力)が通常よりも早くリーン側に変化する。この特性を考慮して、脱離HC浄化制御の実行中に、上流側触媒の下流側のセンサの出力の挙動を監視すれば、上流側触媒のHC脱離能力の判定、ひいては上流側触媒の劣化判定を行うことができる。この際、上流側触媒の上流側と下流側の両方のセンサの出力の挙動を監視すれば、上流側触媒の劣化判定(HC脱離能力の判定)を更に精度良く行うことができる。
【0016】
また、上流側触媒と下流側触媒を両方ともHC吸着触媒とした構成のものに対して本発明を適用する場合は、請求項9のように、第1の脱離炭化水素浄化制御手段によって、上流側触媒(HC吸着触媒)の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、上流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、第1の目標空燃比を上流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて上流側触媒の温度がHC脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行し、更に、第2の脱離炭化水素浄化制御手段によって、下流側触媒(HC吸着触媒)の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、下流側触媒の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、第2の目標空燃比を下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて下流側触媒の温度がHC脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行するようにすると良い。このようにすれば、上流側触媒と下流側触媒を両方ともHC吸着触媒とした場合に、上流側触媒と下流側触媒の両方を効率良く使用して脱離HC浄化制御を実行することができ、触媒温度がHC脱離温度領域である時のHC浄化率を更に高めることができる。
【0017】
また、請求項10のように、HC吸着触媒としては、HC吸着成分に加えて三元触媒成分も担持したものを用いると良い。このようにすれば、排出ガス中のHC等のリッチ成分を浄化できることは勿論のこと、NOx等のリーン成分も効率良く浄化することができ、排出ガス浄化効率を更に高めるこができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
[実施形態(1)]
以下、本発明の実施形態(1)を図1乃至図8に基づいて説明する。
【0019】
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、スロットルバルブ15と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
【0020】
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。
【0021】
一方、エンジン11の排気管21(排気通路)の途中には、上流側触媒として排出ガス中のCO,HC,NOx等を低減させる三元触媒22が設置され、この三元触媒22の下流側に、HC吸着触媒23(下流側触媒)が直列に設置されている。このHC吸着触媒23は、ゼオライト等のHC吸着成分と貴金属等の三元触媒成分とを担体に担持させた触媒であり、エンジン始動直後のように触媒温度が低い時に排出ガス中のHCを吸着し、触媒温度がHC吸着温度領域からHC脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着したHCを脱離させ、更に、触媒温度がHC脱離温度領域から活性温度領域に昇温した時に、三元触媒成分によって排出ガスの浄化反応を促進させる。尚、上流側の触媒22も、HC吸着触媒を用いても良い。
【0022】
三元触媒22の上流側及びHC吸着触媒23の上流側と下流側には、それぞれ空燃比センサ24、第1の酸素センサ25、第2の酸素センサ26が設置されている。この場合、空燃比センサ24は、上流側の三元触媒22に流入する排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するリニアA/Fセンサが用いられ、第1の酸素センサ25と第2の酸素センサ26は、各触媒22,23から流出する排出ガスのリッチ/リーンに応じて出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。尚、上流側の三元触媒22の上流側のセンサ24は、空燃比センサに代えて酸素センサを用いても良く、同様に、下流側のHC吸着触媒23の上流側と下流側のセンサ25,26は、酸素センサに代えて空燃比センサ(リニアA/Fセンサ)を用いても良い。
【0023】
また、下流側のHC吸着触媒23には、触媒温度を検出する温度センサ30が設けられている。温度センサ30の取付位置は、下流側のHC吸着触媒23の入口部、出口部、中間部のいずれでも良い。尚、下流側のHC吸着触媒23の複数箇所に複数の温度センサを設置して、複数の温度センサの出力から下流側のHC吸着触媒23の平均的な温度を検出するようにしても良い。
【0024】
一方、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ27や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ28が取り付けられている。
【0025】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)29に入力される。このECU29は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶されたメイン/サブフィードバック制御プログラム(図示せず)を実行することで、特許請求の範囲でいうメインフィードバック制御手段、第1のサブフィードバック制御手段、第2のサブフィードバック制御手段として機能し、メインフィードバック制御(以下「メインF/B制御」と表記する)、第1のサブフィードバック制御(以下「第1のサブF/B制御」と表記する)、第2のサブフィードバック制御(以下「第2のサブF/B制御」と表記する)を実行する。
【0026】
メインF/B制御では、上流側の三元触媒22の上流側に設置された空燃比センサ24の出力に基づいて三元触媒22の上流側の空燃比をメインF/B目標空燃比(第1の目標空燃比)に一致させるように空燃比フィードバック補正係数(燃料噴射量のフィードバック補正量)を算出する。そして、この空燃比フィードバック補正係数や、冷却水温による補正係数、加減速の補正係数、学習補正係数等を、エンジン運転状態に応じて求めた基本噴射量に乗算して、最終的な燃料噴射量を求める。
【0027】
第1のサブF/B制御では、下流側のHC吸着触媒23の上流側に設置された第1の酸素センサ25の出力VFに基づいて該HC吸着触媒23の上流側の空燃比をサブF/B目標空燃比VFtg(第2の目標空燃比)に一致させるように、メインF/B目標空燃比をフィードバック補正する。
【0028】
第2のサブF/B制御では、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRに基づいて、該HC吸着触媒23の下流側の空燃比がHC吸着触媒23の浄化率の高くなる空燃比となるように、サブF/B目標空燃比VFtgを設定する。
【0029】
ところで、下流側のHC吸着触媒23は、エンジン始動直後のように触媒温度が低い時に排出ガス中のHCを吸着し、触媒温度がHC吸着温度領域からHC脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着したHCを脱離させ、更に、触媒温度がHC脱離温度領域から活性温度領域に昇温した時に、三元触媒成分によって排出ガスの浄化反応を促進させる。
【0030】
このようなHC吸着触媒23のHC吸着・脱離・浄化特性を考慮して、ECU29は、後述する図2及び図3の各プログラムを実行することで、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、サブF/B目標空燃比VFtgをそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。更に、この脱離HC浄化制御の実行中に、後述する図5のHC吸着触媒劣化判定プログラムを実行することで、下流側のHC吸着触媒23の上流側と下流側に設置された2つの酸素センサ25,26の出力に基づいてHC吸着触媒23の劣化の有無を判定する(この機能が特許請求の範囲でいう下流側触媒劣化判定手段に相当する)。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【0031】
図2の下流側触媒のHC浄化制御プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう脱離炭化水素浄化制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であるか否かを判定し、これらのF/B制御の実行中でなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0032】
一方、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であれば、ステップ102に進み、図3の下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを実行し、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離タイミングであるか否か(つまり下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否か)を次のようにして判定する。
【0033】
図3の下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムが起動されると、まずステップ201で、温度センサ30で検出した下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域内(T1≦下流側触媒温度≦T2)であるか否かを判定する。このHC脱離温度領域の下限温度T1は、例えば100℃、HC脱離温度領域の上限温度T2は例えば200℃とすれば良い。尚、排出ガスの温度を温度センサで検出して、排出ガスの温度からHC吸着触媒23の温度を推定するようにしても良い。
【0034】
また、触媒温度(又は排出ガス温度)を検出する温度センサ30を持たないシステムでは、下流側のHC吸着触媒23の温度を判定するパラメータとして始動後経過時間を用い、現在までの始動後経過時間が、t1≦始動後経過時間≦t2であるか否かで、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域内であるか否かを判定するようにしても良い。この場合、HC脱離温度領域の下限温度T1に対応する始動後経過時間t1は例えば40secに設定し、HC脱離温度領域の上限温度T2に対応する始動後経過時間t2は例えば70secに設定すれば良い。尚、始動後経過時間の判定値t1,t2は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、始動時の冷却水温や外気温、始動からの燃料消費量積算値等によって始動後経過時間の判定値t1,t2を補正するようにすれば、判定精度を向上することができる。
【0035】
もし、ステップ201で、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域内でないと判定された場合は、ステップ204に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2をHC脱離タイミングではないことを意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0036】
これに対し、ステップ201で、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域内であると判定された場合(T1≦下流側触媒温度≦T2の場合)は、ステップ202に進み、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRがストイキ(理論空燃比)に相当する所定電圧(例えば0.45V)よりも大きいか否か、つまり下流側のHC吸着触媒23の下流側の空燃比がリッチになっているか否かを判定し、それによって、下流側のHC吸着触媒23からHCの脱離が発生しているか否かを判定する。
【0037】
このステップ202で、第2の酸素センサ26の出力VRがリーン出力(0.45V以下)の場合には、HCの脱離が発生していないと判断して、ステップ204に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2をHC脱離タイミングでないことを意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0038】
一方、ステップ202で、第2の酸素センサ26の出力VRがリッチ出力(0.45V以上)である場合は、HCの脱離が発生していると判断して、ステップ203に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2をHC脱離タイミングであることを意味する「1」にセットして、本プログラムを終了する。
【0039】
以上のようにして、図3の下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを終了すると、図2の下流側触媒のHC浄化制御プログラムのステップ103に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」であるか否かを判定し、XDATURI2=0の場合(HC脱離タイミングでない場合)は、ステップ104に進み、サブF/B目標空燃比VFtg(下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比)を通常設定する。この通常設定では、図4のサブF/B目標空燃比マップを用いて、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRに応じてサブF/B目標空燃比VFtgを設定する。この際、第2の酸素センサ26の出力VRが高くなるほど(つまりHC吸着触媒23の下流側の空燃比がリッチになるほど)、サブF/B目標空燃比VFtgをリーン側に変化させるが、通常設定では、サブF/B目標空燃比VFtgのリーン側限界値がストイキ(例えば0.45V)に制限される。
【0040】
一方、ステップ103で、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」と判定された場合(HC脱離タイミングである場合)は、ステップ105に進み、サブF/B目標空燃比VFtg(下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比)をリーン設定する。このリーン設定では、図4のサブF/B目標空燃比マップを用いて、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRに応じてサブF/B目標空燃比VFtgをリーン設定し、サブF/B目標空燃比VFtgを通常よりもリーン側に設定して、脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。
【0041】
図4のサブF/B目標空燃比マップでは、3種類のリーン設定値▲1▼〜▲3▼が例示されており、その中から、排出ガス浄化システムの仕様に応じていずれか1つのリーン設定値を選択すれば良い。このリーン設定では、第2の酸素センサ26の出力VRがリッチ出力(VR>0.45V)の時は、いずれのリーン設定値▲1▼〜▲3▼も、リーン(VRtg<0.45V)に設定される。また、第2の酸素センサ26の出力VRがストイキ(0.45V)の時は、いずれのリーン設定値▲1▼〜▲3▼も、ストイキ(0.45V)又はその付近に設定される。第2の酸素センサ26の出力VRがリーン出力(VR<0.45V)の時は、リーン設定値▲1▼はストイキ又はその付近に固定され、リーン設定値▲2▼は通常設定値よりもリーン側に所定電圧Vofだけオフセットした値に設定され、リーン設定値▲3▼は、リッチ側の限界値が通常設定値と同じ値に設定されている。
【0042】
このようにして、サブF/B目標空燃比VFtgをリーン設定した後、ステップ106に進み、図5の下流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムを実行し、下流側のHC吸着触媒23が劣化しているか否かを次のようにして判定する。図5の下流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムが起動されると、まずステップ211で、下流側のHC吸着触媒23の上流側に設置された第1の酸素センサ25の出力VFがストイキに相当する所定電圧(例えば0.45V)よりも小さいか否か、つまり下流側のHC吸着触媒23の上流側の空燃比がリーンになっているか否かを判定し、それによって、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力を判定できる状態であるか否かを判定する。もし、第1の酸素センサ25の出力VFが所定電圧(0.45V)以上の場合(下流側のHC吸着触媒23の上流側の空燃比がストイキ又はリッチの場合)は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力を判定できないと判断して、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0043】
これに対し、ステップ211で、第1の酸素センサ25の出力VFが所定電圧(0.45V)未満の場合(下流側のHC吸着触媒23の上流側の空燃比がリーンの場合)は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力を判定できると判断して、ステップ212に進み、現在の第2の酸素センサ26の出力VRと第1の酸素センサ25の出力VFとの差ΔV(i) を算出する。
ΔV(i) =VR−VF
【0044】
このΔV(i) は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離量を評価するパラメータとなる。つまり、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離量が多くなるほど、ΔV(i) が大きくなるという関係がある。
【0045】
そして、次のステップ213で、前回までのΔVの積算値ΣΔV(i-1) に今回のΔV(i) を加算して、今回までの積算値ΣΔV(i) を劣化判定パラメータとして求める。
ΣΔV(i) =ΣΔV(i-1) +ΔV(i)
【0046】
この後、ステップ214に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」から「0」に切り換わったか否かで、サブF/B目標空燃比VFtgのリーン設定の終了タイミングであるか否か(つまりHC脱離の終了か否か)を判定する。ここで、HC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」から「0」に切り換わるタイミングは、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域から活性温度領域(所定温度T2以上)に昇温した時、又は、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRがリッチからリーン(0.45V未満)に切り換った時である。
【0047】
もし、ステップ214で、「No」と判定された場合、つまり、HC脱離が終了していない場合は、下流側のHC吸着触媒23の劣化判定を行うことなく、本プログラムを終了する。これにより、HC脱離タイミング(HC脱離タイミングフラグXDATURI2=1)と判定される期間中は、本プログラムが起動される毎に、上述したステップ211〜213の処理により、劣化判定パラメータΣΔV(i) を積算する処理のみを行い、HC脱離開始後の総HC脱離量に相当する劣化判定パラメータΣΔV(i) を求める。
【0048】
その後、脱離HC浄化制御の終了タイミングになった時点で、ステップ214で「Yes」と判定されて、ステップ215に進み、HC脱離タイミングと判定される期間中に積算した劣化判定パラメータΣΔV(i) (つまり総HC脱離量)を所定の劣化判定値K1と比較し、劣化判定パラメータΣΔV(i) が劣化判定値K1以上である場合は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が正常と判断して、ステップ216に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG2を正常を意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0049】
これに対し、ステップ215で、劣化判定パラメータΣΔV(i) が劣化判定値K1よりも小さいと判定された場合は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が劣化していると判断して、ステップ216に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG2を劣化有りを意味する「1」にセットして、本プログラムを終了する。この場合は、警告ランプ(図示せず)を点灯して、下流側のHC吸着触媒23の劣化を運転者に知らせると共に、劣化の情報をECU29のバックアップRAM等に記憶する。
【0050】
以上説明した本実施形態(1)のHC浄化制御の一例を図6乃至図8のタイムチャートを用いて説明する。図6は第1及び第2の酸素センサ25,26の未活性状態で始動したときに下流側のHC吸着触媒23が正常に機能している場合の制御例であり、図7は第1及び第2の酸素センサ25,26が活性済みの状態で始動したときに下流側のHC吸着触媒23が正常に機能している場合の制御例であり、図8は下流側のHC吸着触媒23が劣化している時の制御例である。
【0051】
エンジン始動後、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC吸着温度領域(所定温度T1以下)の期間は、排出ガス中のHCがHC吸着触媒23に吸着され、エンジン始動後、暫くして第1及び第2の酸素センサ25,26の出力VF,VR(HC吸着触媒23の上流側と下流側の空燃比)がサブF/B目標空燃比VFtgに追従するようになる。その後、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC吸着温度領域からHC脱離温度領域(T1〜T2)に昇温した時点で、HC脱離タイミングと判断されて、HC脱離タイミングフラグXDATURI2が「0」から「1」に切り換えられ、サブF/B目標空燃比VFtgがリーン設定値に切り換えられる。
【0052】
このように、HC脱離タイミングと判定される期間中は、サブF/B目標空燃比VFtgがリーン設定値に切り換えられて、下流側のHC吸着触媒23に流入する排出ガスの空燃比がリーン側に制御されるため、下流側のHC吸着触媒23に流入する排出ガス中の酸素濃度が増加して、下流側のHC吸着触媒23から脱離したHCと排出ガス中の酸素とが反応しやすくなって脱離HCの浄化が促進され、HC排出量が低減される。従来は、HC脱離タイミング中も、サブF/B目標空燃比VFtgが通常設定値に維持されるため、脱離HCと反応する酸素が不足する状態となり、脱離HCが浄化されずにそのまま大気中に排出されてしまう(図6参照)。
【0053】
また、本実施形態(1)では、HC脱離タイミングと判定される期間中は、第2の酸素センサ26の出力VRと第1の酸素センサ25の出力VFとの差ΔV(i) を積算する処理を所定周期で繰り返し、その積算値を劣化判定パラメータΣΔV(i) として求める。
【0054】
その後、下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域から活性温度領域(所定温度T2以上)に昇温した時(図6参照)、又は、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRがリッチからリーン(0.45V未満)に切り換わった時に(図8参照)、HC脱離が終了したと判断されて、HC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」から「0」に切り換えられ、サブF/B目標空燃比VFtgが通常設定値に戻される。
【0055】
このHC脱離の終了時に、それまでに積算した劣化判定パラメータΣΔV(i) (つまり総HC脱離量)を所定の劣化判定値K1と比較し、劣化判定パラメータΣΔV(i) が劣化判定値K1以上である場合は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が正常と判断され、劣化判定フラグXHCDAIAG2が正常を意味する「0」にセットされる。
【0056】
また、下流側のHC吸着触媒23の劣化度合が進むほど、HC吸着能力が低下してHC吸着量が減少し、触媒温度がHC脱離温度領域に昇温した時のHC脱離量が減少する。このHC脱離量の減少により、下流側のHC吸着触媒23内で脱離HCと反応する排出ガス中の酸素の割合が少なくなって、図8に示すように、下流側のHC吸着触媒23から流出する排出ガスの空燃比(第2の酸素センサ26の出力VR)が通常よりも早くリーン側に変化し、HC脱離の終了時までに積算した劣化判定パラメータΣΔV(i) (つまり総HC脱離量)が正常時よりも小さくなる。このため、下流側のHC吸着触媒23が劣化すると、HC脱離の終了時までに積算した劣化判定パラメータΣΔV(i) が劣化判定値K1よりも小さくなり(図8参照)、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が劣化していると判断され、劣化判定フラグXHCDAIAG2が劣化有りを意味する「1」にセットされる。
【0057】
尚、始動時に下流側のHC吸着触媒23の温度が低い場合は、第1及び第2の酸素センサ25,26の温度も低い場合が多く、図6に示すように、両酸素センサ25,26が未活性状態(リーン出力)で始動される場合が多いが、例えば、両酸素センサ25,26が活性化した直後にエンジン運転が停止された場合は、下流側のHC吸着触媒23が暖機される前にエンジン運転が停止されるため、その直後に、再始動すると、図7に示すように、下流側のHC吸着触媒23の温度が低いにも拘らず、両酸素センサ25,26が活性済みの状態(リッチ出力)で始動されることがある。このような図7の場合においても、始動時に下流側のHC吸着触媒23の温度が低ければ、図6の場合(始動時の両酸素センサ25,26が未活性の場合)と同様の脱離HC浄化制御を行うことができ、脱離HCの浄化率を向上することができる。
【0058】
[実施形態(2)]
上記実施形態(1)では、HC脱離タイミングと判定される期間中の第2の酸素センサ26の出力VRと第1の酸素センサ25の出力VFとの差ΔV(i) の積算値を劣化判定パラメータΣΔV(i) として用いて、下流側のHC吸着触媒23の劣化判定を行うようにしたが、図9及び図10に示す本発明の実施形態(2)では、下流側のHC吸着触媒23の劣化度合が進むほど、HC脱離時間(HC脱離タイミングフラグXDATURI2=1となる時間)が短くなることに着目して、HC脱離時間を劣化判定パラメータとして用いて、HC脱離時間が劣化判定値K2よりも短いか否かによって、下流側のHC吸着触媒23の劣化の有無を判定するようにしている。
【0059】
本実施形態(2)のHC吸着触媒23の劣化判定は、図9の下流側触媒のHC吸着触媒劣化判定プログラムによって次のように実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ221で、サブF/B目標空燃比VFtgをリーン設定値に切り換えてからのHC脱離時間t(i) をカウントする。
t(i) =t(i-1) +Δt
ここで、t(i-1) は前回までの経過時間、Δtは演算間隔である。
【0060】
この後、ステップ222に進み、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRがリッチからリーン(0.45V未満)に切り換わったか否かを判定し、リーンに切り換わっていなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0061】
その後、第2の酸素センサ26の出力VRがリッチからリーンに切り換わった時点で、HC脱離が終了したと判断されて、HC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」から「0」に切り換えられる。この時点で、ステップ222からステップ223に進み、HC脱離時間t(i) を所定の劣化判定値K2と比較し、HC脱離時間t(i) が劣化判定値K2以上である場合は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が正常と判断して、ステップ224に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG2を正常を意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0062】
これに対して、ステップ223で、HC脱離時間t(i) が劣化判定値K2よりも短いと判定された場合は、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離能力(HC吸着能力)が劣化していると判断して、ステップ225に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG2を劣化有りを意味する「1」にセットして、本プログラムを終了する。この場合は、警告ランプ(図示せず)を点灯して、下流側のHC吸着触媒23の劣化を運転者に知らせると共に、劣化の情報をECU29のバックアップRAM等に記憶する。
【0063】
尚、前記実施形態(1)と同様に、始動時のHC吸着触媒23の温度が低ければ、両酸素センサ25,26が活性済み(リッチ出力)の状態で始動される場合でも、本実施形態(2)の制御を適用することができる。
【0064】
[実施形態(3)]
上記実施形態(1),(2)では、HC脱離タイミングと判定される期間中に下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比(サブF/B目標空燃比VFtg)のみをリーン設定値に切り換え、下流側のHC吸着触媒23の下流側の目標空燃比は、リーン側に切り換えないが、図11に示す本発明の実施形態(3)では、HC脱離タイミングと判定される期間中に、下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比(サブF/B目標空燃比VFtg)を上流側のリーン設定値に切り換えると共に、下流側のHC吸着触媒23の下流側の目標空燃比も、通常よりリーン側の空燃比(下流側のリーン設定値)に切り換える。その他の構成や制御仕様は、前記実施形態(1)又は(2)と同じである。
【0065】
本実施形態(3)のように、HC脱離タイミングと判定される期間中に、下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比(サブF/B目標空燃比VFtg)を上流側のリーン設定値に切り換えると共に、下流側のHC吸着触媒23の下流側の目標空燃比も通常よりリーン側の空燃比に切り換えるようにすれば、下流側のHC吸着触媒23に流入する排出ガスの空燃比をより確実にリーン側に制御することができ、脱離HCの浄化能力をより確実に高めることができる。
【0066】
尚、前記実施形態(1)と同様に、始動時のHC吸着触媒23の温度が低ければ、両酸素センサ25,26が活性済みの状態(リッチ出力)で始動される場合でも、本実施形態(3)の制御を適用することができる。
【0067】
[実施形態(4)]
上記実施形態(1)〜(3)では、下流側触媒をHC吸着触媒23で構成し、上流側触媒を三元触媒22で構成したが、図12乃至図15に示す本発明の実施形態(4)では、上記実施形態(1)〜(3)とは反対に、上流側触媒をHC吸着触媒22aで構成し、下流側触媒を三元触媒23aで構成している。このHC吸着触媒22aは、ゼオライト等のHC吸着成分と貴金属等の三元触媒成分とを担体に担持させた触媒である。その他のシステム構成は、前記実施形態(1)で説明した図1と同じである。
【0068】
本実施形態(4)では、ECU29によって、図13の上流側触媒のHC浄化制御プログラムと図14の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムと図15の上流側触媒のHC吸着触媒劣化判定プログラムを実行する。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【0069】
図13の上流側触媒のHC浄化制御プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう脱離炭化水素浄化制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ301で、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であるか否かを判定し、これらのF/B制御の実行中でなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0070】
一方、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であれば、ステップ302に進み、図14の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを実行し、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離タイミングであるか否か(つまり上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否か)を次のようにして判定する。
【0071】
図14の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムが起動されると、まずステップ401で、温度センサ30で検出した上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域内(T1a≦触媒温度≦T2a)であるか否かを判定する。HC脱離温度領域の下限温度T1aは例えば100℃、HC脱離温度領域の上限温度T2aは例えば200℃とすれば良い。尚、排出ガスの温度を温度センサで検出して、排出ガスの温度から上流側のHC吸着触媒22aの温度を推定するようにしても良い。
【0072】
また、触媒温度(又は排出ガス温度)を検出する温度センサ30を持たないシステムでは、上流側のHC吸着触媒22aの温度を判定するパラメータとして始動後経過時間を用い、現在までの始動後経過時間が、t1a≦始動後経過時間≦t2aであるか否かで、上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域内であるか否かを判定するようにしても良い。尚、始動後経過時間の判定値t1a,t2aは、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、始動時の冷却水温や外気温、始動からの燃料消費量積算値等によって始動後経過時間の判定値t1a,t2aを補正するようにすれば、判定精度を向上することができる。
【0073】
もし、ステップ401で、上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域内でないと判定された場合は、ステップ404に進み、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1をHC脱離タイミングではないことを意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0074】
これに対し、ステップ401で、上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域内であると判定された場合(T1a≦上流側触媒温度≦T2aの場合)は、ステップ402に進み、上流側のHC吸着触媒22aの下流側に設置された第1の酸素センサ25の出力VFがストイキ(理論空燃比)に相当する所定電圧(例えば0.45V)よりも大きいか否か、つまり上流側のHC吸着触媒22aの下流側の空燃比がリッチになっているか否かを判定し、それによって、上流側のHC吸着触媒22aからHCの脱離が発生しているか否かを判定する。
【0075】
このステップ402で、第1の酸素センサ25の出力VFがリーン出力(0.45V以下)の場合には、HCの脱離が発生していないと判断して、ステップ404に進み、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1をHC脱離タイミングでないことを意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0076】
一方、ステップ402で、第1の酸素センサ25の出力VFがリッチ出力(0.45V以上)である場合は、HCの脱離が発生していると判断して、ステップ403に進み、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1をHC脱離タイミングであることを意味する「1」にセットして、本プログラムを終了する。
【0077】
以上のようにして、図14の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを終了すると、図13の上流側触媒のHC浄化制御プログラムのステップ303に進み、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1が「1」であるか否かを判定し、XDATURI1=0の場合(HC脱離タイミングでない場合)は、ステップ304に進み、メインF/B第1目標空燃比(上流側のHC吸着触媒22aの上流側の目標空燃比)を通常設定する。
【0078】
一方、ステップ303で、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」と判定された場合(HC脱離タイミングである場合)は、ステップ305に進み、メインF/B第1目標空燃比をリーン設定する。これにより、上流側のHC吸着触媒22aの上流側の目標空燃比を通常よりもリーン側に設定して、脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。
【0079】
この後、ステップ306に進み、図15の上流側のHC吸着触媒劣化判定プログラム(特許請求の範囲でいう上流側触媒劣化判定手段としての役割を果たすプログラム)を実行し、前記実施形態(2)と同様の方法で、上流側のHC吸着触媒22aが劣化しているか否かを次のようにして判定する。
【0080】
図15の上流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムが起動されると、まず、ステップ421で、メインF/B第1目標空燃比をリーン設定値に切り換えてからのHC脱離時間t(i) をカウントする。
t(i) =t(i-1) +Δt
ここで、t(i-1) は前回までの経過時間、Δtは演算間隔である。
【0081】
この後、ステップ422に進み、HC吸着触媒22aの下流側に設置された第1の酸素センサ25の出力VFがリッチからリーン(0.45V未満)に切り換わったか否かを判定し、リーンに切り換わっていなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0082】
その後、第1の酸素センサ25の出力VFがリッチからリーンに切り換わった時点で、HC脱離が終了したと判断されて、HC脱離タイミングフラグXDATURI1が「1」から「0」に切り換えられる。この時点で、ステップ422からステップ423に進み、HC脱離時間t(i) を所定の劣化判定値K2aと比較し、HC脱離時間t(i) が劣化判定値K2a以上である場合は、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離能力(HC吸着能力)が正常と判断して、ステップ424に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG1を正常を意味する「0」にセットして、本プログラムを終了する。
【0083】
これに対して、ステップ423で、HC脱離時間t(i) が劣化判定値K2aよりも短いと判定された場合は、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離能力(HC吸着能力)が劣化していると判断して、ステップ425に進み、劣化判定フラグXHCDAIAG1を劣化有りを意味する「1」にセットして、本プログラムを終了する。この場合は、警告ランプ(図示せず)を点灯して、上流側のHC吸着触媒22aの劣化を運転者に知らせると共に、劣化の情報をECU29のバックアップRAM等に記憶する。
【0084】
以上説明した本実施形態(4)では、上流側触媒をHC吸着触媒22aとした構成とし、上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、メインF/B第1目標空燃比(HC吸着触媒22aの上流側の目標空燃比)をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えるようにしたので、上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域に昇温した時に、上流側のHC吸着触媒22aに流入する排出ガスの空燃比をリーン側に制御することができて、上流側のHC吸着触媒22aに流入する排出ガス中の酸素濃度を増加させることができ、それによって、上流側のHC吸着触媒22aから脱離したHCと排出ガス中の酸素とが反応しやすくなって脱離HCの浄化を促進させることができ、HC排出量を低減することができる。
【0085】
しかも、本実施形態(4)では、上流側のHC吸着触媒22aの劣化度合が進むほど、HC脱離時間(HC脱離タイミングフラグXDATURI1=1となる時間)が短くなることに着目して、HC脱離時間を劣化判定パラメータとして用いて、HC脱離時間が劣化判定値K2aよりも短いか否かによって、上流側のHC吸着触媒22aの劣化の有無を判定するようにしたので、上流側のHC吸着触媒22aの劣化判定も精度良く行うことができる。
【0086】
[実施形態(5)]
図16乃至図18に示す本発明の実施形態(5)では、上流側触媒と下流側触媒を両方ともHC吸着触媒22a,23で構成している。各HC吸着触媒22a,23は、ゼオライト等のHC吸着成分と貴金属等の三元触媒成分とを担体に担持させた触媒である。その他のシステム構成は、前記実施形態(1)で説明した図1と同じである。
【0087】
本実施形態(5)では、ECU29によって、図17の上下流側触媒のHC浄化制御プログラムと図18の上下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを実行すると共に、前記図5又は図9と図15のHC吸着触媒劣化判定プログラムによって、上流側と下流側のHC吸着触媒22a,23の劣化の有無を判定する。
【0088】
図17の上下流側触媒のHC浄化制御プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ501で、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であるか否かを判定し、これらのF/B制御の実行中でなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0089】
一方、メインF/B制御及びサブF/B制御の実行中であれば、ステップ502に進み、図18の上下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを実行し、上下流側のHC吸着触媒22a,23のHC脱離タイミングであるか否か(つまり上下流側のHC吸着触媒22a,23の温度がHC脱離温度領域に昇温しているか否か)を次のようにして判定する。まず、ステップ601〜604で、前記実施形態(4)で説明した図14の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムのステップ401〜404と同様の方法で、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離タイミングであるか否かを判定し、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離タイミングであると判定されれば、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1をHC脱離タイミングであることを意味する「1」にセットし、上流側のHC吸着触媒22aのHC脱離タイミングでないと判定されれば、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1をHC脱離タイミングでないことを意味する「0」にセットする。
【0090】
この後、ステップ605〜608で、前記実施形態(1)で説明した図3の下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムのステップ201〜204と同様の方法で、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離タイミングであるか否かを判定し、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離タイミングであると判定されれば、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2をHC脱離タイミングであることを意味する「1」にセットし、下流側のHC吸着触媒23のHC脱離タイミングでないと判定されれば、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2をHC脱離タイミングでないことを意味する「0」にセットする。
【0091】
以上のようにして図18の上下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムを実行した後、図17の上下流側触媒のHC浄化制御プログラムのステップ503に進み、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI1が「1」であるか否かを判定し、XDATURI1=0の場合(HC脱離タイミングでない場合)は、ステップ504に進み、メインF/B第1目標空燃比(上流側のHC吸着触媒22aの上流側の目標空燃比)を通常設定する。
【0092】
一方、ステップ503で、上流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」と判定された場合(HC脱離タイミングである場合)は、ステップ505に進み、メインF/B第1目標空燃比(上流側のHC吸着触媒22aの上流側の目標空燃比)を、上流側のHC吸着触媒22aの下流側に設置された第1の酸素センサ25の出力VFに応じてリーン設定する。これにより、メインF/B第1目標空燃比を上流側のHC吸着触媒22aの温度がHC脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側に設定して、脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。以上説明したステップ501〜505の処理が特許請求の範囲でいう第1の脱離炭化水素浄化制御手段としての役割を果たす。
【0093】
この後、ステップ506に進み、前述した図15の上流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムを実行し、前記実施形態(4)と同様の方法で、上流側のHC吸着触媒22aが劣化しているか否かを判定する。
【0094】
この後、ステップ507に進み、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」であるか否かを判定し、XDATURI2=0の場合(HC脱離タイミングでない場合)は、ステップ508に進み、前記実施形態(1)と同様の方法で、サブF/B目標空燃比VFtg(下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比)を通常設定する。この通常設定では、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRに応じてサブF/B目標空燃比VFtgを設定する。
【0095】
一方、ステップ507で、下流側触媒のHC脱離タイミングフラグXDATURI2が「1」と判定された場合(HC脱離タイミングである場合)は、ステップ509に進み、前記実施形態(1)と同様の方法で、サブF/B目標空燃比VFtg(下流側のHC吸着触媒23の上流側の目標空燃比)を、下流側のHC吸着触媒23の下流側に設置された第2の酸素センサ26の出力VRに応じてリーン設定する。これにより、サブF/B目標空燃比VFtgを下流側のHC吸着触媒23の温度がHC脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側に設定して、脱離HCの浄化を促進する脱離HC浄化制御を実行する。以上説明したステップ507〜509の処理が特許請求の範囲でいう第2の脱離炭化水素浄化制御手段としての役割を果たす。
【0096】
この後、ステップ510に進み、前述した図5又は図9の下流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムを実行し、前記実施形態(1)又は(2)と同様の方法で、下流側のHC吸着触媒23が劣化しているか否かを判定する。
【0097】
以上説明した本実施形態(5)では、上流側触媒と下流側触媒を両方ともHC吸着触媒22a,23とした場合に、上流側触媒と下流側触媒の両方を効率良く使用して脱離HC浄化制御を実行することができ、触媒温度がHC脱離温度領域である時のHC浄化率を更に高めることができる。
【0098】
尚、各実施形態(1)〜(5)で採用した図1、図12、図16のシステム構成は、排気管21に2個の触媒を直列に配置した実施形態であるが、3個以上の触媒を配置して、それらを2つの触媒群に区分し、上流側の触媒群を三元触媒又はHC吸着触媒で構成すると共に、下流側の触媒群をHC吸着触媒で構成し、それぞれの触媒群を1個の触媒と見なして本発明を適用しても良い。
【0099】
また、各実施形態(1)〜(5)で採用したHC吸着触媒は、排出ガス中のHC等のリッチ成分の他に、NOx等のリーン成分も効率良く浄化できるようにするために、ゼオライト等のHC吸着成分と貴金属等の三元触媒成分とを担体に担持させたものを用いたが、HC吸着成分のみを担体に担持させたものを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図2】実施形態(1)の下流側触媒のHC浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図3】実施形態(1)の下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図4】実施形態(1)のサブF/B目標空燃比マップを概念的に示す図
【図5】実施形態(1)の下流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図6】実施形態(1)において、第1及び第2の酸素センサが未活性状態で始動した場合のHC吸着触媒の正常時の制御例を示すタイムチャート
【図7】実施形態(1)において、第1及び第2の酸素センサが活性済みの状態で始動した場合のHC吸着触媒の正常時の制御例を示すタイムチャート
【図8】実施形態(1)のHC吸着触媒の劣化時の制御例を示すタイムチャート
【図9】実施形態(2)の下流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図10】実施形態(2)のHC吸着触媒の劣化時の制御例を示すタイムチャート
【図11】実施形態(3)のHC吸着触媒の正常時の制御例を示すタイムチャート
【図12】実施形態(4)を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図13】実施形態(4)の上流側触媒のHC浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図14】実施形態(4)の上流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図15】実施形態(4)の上流側のHC吸着触媒劣化判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図16】実施形態(5)を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図17】実施形態(5)の上下流側触媒のHC浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図18】実施形態(5)の上下流側触媒のHC脱離タイミング判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、14…エアフローメータ、20…燃料噴射弁、21…排気管(排気通路)、22…三元触媒(上流側触媒)、22a…HC吸着触媒(上流側触媒)、23…HC吸着触媒(下流側触媒)、23a…三元触媒(下流側触媒)、24…空燃比センサ、25…第1の酸素センサ,26…第2の酸素センサ、29…ECU(メインフィードバック制御手段,第1のサブフィードバック制御手段,第2のサブフィードバック制御手段,脱離炭化水素浄化制御手段,第1の脱離炭化水素浄化制御手段,第2の脱離炭化水素浄化制御手段,下流側触媒劣化判定手段,上流側触媒劣化判定手段)。
Claims (10)
- 内燃機関の排気通路に少なくとも2個の触媒を直列に配置した内燃機関の排気浄化装置において、
下流側触媒は、排出ガス中の炭化水素を吸着し、触媒温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着した炭化水素を脱離させる炭化水素吸着触媒であり、
上流側触媒の上流側及び前記下流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出するセンサが設置され、
前記上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の上流側の空燃比を第1の目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の上流側の空燃比を第2の目標空燃比に一致させるように前記第1の目標空燃比をフィードバック補正する第1のサブフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて前記第2の目標空燃比をフィードバック補正する第2のサブフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に前記第2の目標空燃比をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離炭化水素の浄化を促進する脱離炭化水素浄化制御を実行する脱離炭化水素浄化制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記脱離炭化水素浄化制御の実行中に、少なくとも前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の劣化の有無を判定する下流側触媒劣化判定手段を備えてい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。
- 前記脱離炭化水素浄化制御手段は、前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを、該下流側触媒の温度又は排出ガスの温度を検出する温度センサの出力に基づいて判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記脱離炭化水素浄化制御手段は、前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを、始動後経過時間に基づいて判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記脱離炭化水素浄化制御手段は、前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域から活性温度領域に昇温した時、又は、前記下流側触媒の下流側のセンサ出力がリッチからリーンに切り換わった時に、前記第2の目標空燃比を通常の設定値に戻すことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第2のサブフィードバック制御手段は、前記脱離炭化水素浄化制御の実行中に前記下流側触媒の下流側の目標空燃比を通常よりもリーン側の空燃比に切り換えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に少なくとも2個の触媒を直列に配置した内燃機関の排気浄化装置において、
上流側触媒は、排出ガス中の炭化水素を吸着し、触媒温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着した炭化水素を脱離させる炭化水素吸着触媒であり、
上流側触媒の上流側及び前記下流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出するセンサが設置され、
前記上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の上流側の空燃比を第1の目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の上流側の空燃比を第2の目標空燃比に一致させるように前記第1の目標空燃比をフィードバック補正する第1のサブフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて前記第2の目標空燃比をフィードバック補正する第2のサブフィードバック制御手段と、
前記上流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、前記上流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に前記第1の目標空燃比をそれまでよりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離炭化水素の浄化を促進する脱離炭化水素浄化制御を実行する脱離炭化水素浄化制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記脱離炭化水素浄化制御の実行中に、少なくとも前記上流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の劣化の有無を判定する上流側触媒劣化判定手段を備えていることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に少なくとも2個の触媒を直列に配置した内燃機関の排気浄化装置において、
上流側触媒及び下流側触媒は、それぞれ排出ガス中の炭化水素を吸着し、触媒温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に、それまでに吸着した炭化水素を脱離させる炭化水素吸着触媒であり、
前記上流側触媒の上流側及び前記下流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出するセンサが設置され、
前記上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該上流側触媒の上流側の空燃比を第1の目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて該下流側触媒の上流側の空燃比を第2の目標空燃比に一致させるように前記第1の目標空燃比をフィードバック補正する第1のサブフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に基づいて前記第2の目標空燃比をフィードバック補正する第2のサブフィードバック制御手段と、
前記上流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、前記上流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に前記第1の目標空燃比を前記上流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて前記上流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離炭化水素の浄化を促進する脱離炭化水素浄化制御を実行する第1の脱離炭化水素浄化制御手段と、
前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温しているか否かを判定し、前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域に昇温した時に前記第2の目標空燃比を前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて前記下流側触媒の温度が炭化水素脱離温度領域外である時の目標空燃比よりもリーン側の空燃比に切り換えて脱離炭化水素の浄化を促進する脱離炭化水素浄化制御を実行する第2の脱離炭化水素浄化制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記炭化水素吸着触媒には、HC吸着成分に加えて三元触媒成分も担持されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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