JP4499867B2 - 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、空気過剰率λがリーン(λ>1.0)のときにはNO吸蔵触媒により排気ガスに含まれるNOを吸蔵し、空気過剰率λが理論空燃比(λ=1.0)近傍のときにはNO吸蔵触媒を三元触媒として機能させてHC,CO及びNOを同時に浄化し、空気過剰率λがリッチ(λ<1.0)のときにはNO吸蔵触媒に吸蔵したNOを脱離・還元する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】
従来の内燃機関のNO吸蔵触媒を利用した排気浄化装置では、NO吸蔵触媒が排気ガス中に含まれる硫黄成分により被毒し、NOの吸蔵容量が小さくなった際には、硫黄被毒の度合いや内燃機関の運転の行われ方に関わらず、画一的に機関の温度を上昇させ、硫黄被毒量を減少させていた。
【0003】
例えば、空気過剰率を理論空燃比(λ=1.0)付近に設定すると、内燃機関の温度を上昇させることができ、NO吸蔵触媒自身の温度も上昇して硫黄成分を脱離させ易くなる。また、点火時期を遅らせることにより内燃機関の温度が上昇し、硫黄成分の脱離が容易になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の内燃機関が、触媒の吸蔵能力(容量)が大きくなる運転領域で運転しており、あるとき機関負荷,機関回転数が変化して触媒の吸蔵容量が小さくなるような運転領域において運転された場合、触媒に吸蔵能力がなくなってもそのままリーンでの運転を続行し、触媒がNO を吸蔵しきれなくなり、吸蔵されないNO が大気へ排出されてしまい、浄化率が悪化する恐れがあった。また、機関負荷・機関回転数に対応する触媒のNO 吸蔵能力がテーブル化されていても、新しい運転環境になってから該当する新しいマップに更新されるまで時間がかかっていた。
【0005】
そこで本発明では、触媒がNO を吸蔵しきれないときに、リーンの運転をリッチの運転に切り換えることができる、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明では、排気通路にNO 吸蔵触媒を備えかつ前記NO 吸蔵触媒の下流側の排気通路内に酸素センサを設けた内燃機関において、前記機関に空気過剰率制御手段を設け、前記酸素センサの出力電圧値を検出する検出手段を設け、空気過剰率λが、λ<1.0のリッチ状態で酸素センサの出力電圧が予め設定した空気過剰率切換時期判定電圧値に達した際に、空気過剰率をさらに所定時間だけそのまま維持し続けて前記酸素センサの出力電圧の最大値を前記検出手段で検出し、前記最大値に予め設定した係数を乗じることにより次回に空気過剰率をλ<1.0のリッチ状態に設定して吸蔵したNO を脱離・還元する際の空気過剰率切換時期判定電圧値を算出する演算手段を設け、排気ガス温度の変動により前記酸素センサの出力電圧値が変動することにより空気過剰率の切換時期の検出精度が悪化することを防止した。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【発明の実施の形態】
空気過剰率λが理論空燃比(λ=1.0)付近に設定されると、空気と燃料が過不足なく供給されるので、空気過剰率λが理論空燃比から外れたリーン状態又はリッチ状態に設定された場合と比較して内燃機関の温度は上昇し易くなる。また、空気過剰率が理論空燃比付近に設定されると、NO吸蔵触媒は排気ガス中のHC,CO及びNOを同時に浄化する三元触媒として作用する。このときの制御を三元制御と呼ぶ。NO吸蔵触媒は、空気過剰率がリーンに設定されると排気ガス中のNOを吸蔵し、また、リッチに設定されると吸蔵したNOを脱離・還元する。
【0019】
以上の現象とNO吸蔵触媒の性質を利用して後述するように排気ガス中のNOを浄化し、内燃機関の各部に悪影響を及ぼすことなくNO吸蔵触媒の硫黄被毒を解消する。
【0020】
図1は、発明を実施する内燃機関100の系統略図である。図1において空気供給管21を介して採り入れられる空気(大気)と、燃料供給管20を介して送り出される燃料ガスがミキサ3で混合され、混合気は機関ヘッド2で燃焼後排気ガスとなり、排気ガスは途中にNO吸蔵触媒14(以後、触媒14と呼ぶ)を備えた排気管22を介して排出される。
【0021】
図1に示すように、触媒14の上流側には酸素センサ9が、下流側には酸素センサ8が設けてある。また、機関1には機関回転数を検出する機関回転数検出センサ10と機関にかかる負荷を検出する機関負荷検出センサ12が設けてある。
【0022】
酸素センサ8,9,機関回転数検出センサ10及び機関負荷検出センサ12により検出された各信号はそれぞれ信号線を介してコントローラ4に送られ、コントローラ4は、これらの信号を元に空気過剰率λを操作するため、ステッピングモータ6へ信号線を介して制御信号を送り、空気過剰率制御バルブ7(空気過剰率制御手段)の開度を調整する。
【0023】
ミキサ3には空気過剰率λが変化するとリセットされるタイマ11(硫黄被毒量検出手段)が設けてあり、タイマ11が計測した時間とそのときの空気過剰率λは、信号線を介してコントローラ4へ送られる。
【0024】
第1開示例)
6は、空気過剰率の変動に伴う触媒14の下流側における排気管22内の排気ガス中の酸素濃度の変動と触媒14に吸蔵された酸素量及び酸素センサ8の出力電圧の関係を示すグラフである。図7は、空気過剰率と触媒14のCO,HC及びNOの浄化率の関係を示すグラフである。図7からわかるように、空気過剰率がλ=1.0を含むある幅でNO,CO及びHCのいずれも比較的高い浄化率を示している。図7では、この幅を破線の範囲で示しており、これを浄化ウィンドウと呼んでいる。
【0025】
加速時や機関負荷が増加した時等の大きな出力が必要になったとき、コントローラ4はステッピングモータ6へ制御信号を送り、必要とする大きさの機関出力が得られるように空気過剰率制御バルブ7の開度を大きく設定し、ミキサ3内の混合気の空気過剰率を理論空燃比(λ=1.0)に設定する。このときの空気過剰率λは理論空燃比に限らず、図6に示す浄化ウィンドウ内であればよい。
【0026】
内燃機関100が、λ>1.0(浄化ウィンドウ外)となるリーン状態で運転されると、触媒14は排気ガス中のNOを吸蔵するが、加速したり、機関負荷が増加して今以上の機関出力が必要になると、空気過剰率λは、従来のように若干リッチ側へシフトする(例えば、λ=1.5であったところ、λ=1.4にする)のではなく、一気に浄化ウィンドウ内までシフトする。
【0027】
このように空気過剰率λを設定することにより、排気ガス中のNOは、触媒14上で排気ガス中のCO,HCと反応してN,CO,HO等の無害な物質に変化する。このとき触媒14は、NO吸蔵触媒ではなく、三元触媒としての効能を発揮する。
【0028】
大きな機関出力が必要になったときは、空気過剰率をリッチ側へシフトすることにより、シフト前よりも多量のNOが排気ガス中に含まれる。従来は、この多量のNOをすべて触媒14に吸蔵させていたが、それでは短時間で触媒14の残りの吸蔵容量がなくなってしまう。そこで、空気過剰率λをリッチ側へシフトする必要が生じた場合には、NOは触媒14に吸蔵せず、上述したように触媒14上で無害な物質に変換し、排気管22から大気中へ放出するようにした。
【0029】
これにより、NOが触媒14が吸蔵限界に達するまでの期間が長くなり、吸蔵されたNOを脱離・還元するためにリッチスパイクを実行する間隔を長くすることができる。
【0030】
空気過剰率λがリーン状態で内燃機関100が運転されると、排気ガス中に混在する硫黄成分が触媒14に吸着し(以後、これを被毒と呼ぶ)、被毒した分だけNOの吸蔵可能容量が減少してしまう。したがって、被毒が進むとNOを吸蔵することができなくなるので、触媒14から硫黄成分を除去(以下、この操作を触媒14の再生と呼ぶ)する必要がある。
【0031】
この硫黄成分の触媒14への被毒量は、空気過剰率λをリーン状態(浄化ウィンドウ外)で運転している時間に比例することがわかっている。したがって、予め実験によりリーンによる運転時間と硫黄成分の被毒量の関係を調べておき、リーンの度合い(λの値)と運転時間から被毒量を推定可能なテーブルを作成し、このテーブルをコントローラ4内の図示しないメモリに記憶させておく。触媒14の種類によってこのテーブルは異なるので、このメモリは、フラッシュメモリ等の書き換え可能なメディアを採用するのが好ましい。
【0032】
触媒14の硫黄被毒量が予め設定した所定値に達したことを、内燃機関14の運転時間,設定した空気過剰率λの値及びコントローラ4内のメモリに記憶されたテーブルを参照してコントローラ4が検出する。コントローラ4により触媒14の硫黄被毒量が所定値に達したことが検出されると、コントローラ4は、ステッピングモータ6に制御信号を送り、空気過剰率制御バルブ7の開度を大きく設定し、ミキサ3内の混合気の空気過剰率λを浄化ウィンドウ内に設定する。
【0033】
硫黄被毒が進んだ触媒14を再生するには、触媒14が被毒した際の温度よりもある程度高い温度に設定する必要がある。空気過剰率λが理論空燃比を大きく外れたリッチ及びリーンの領域では燃焼温度が比較的低く、したがって触媒14の温度も低くなる。しかし、空気過剰率λを浄化ウィンドウ内に設定すると燃焼温度が高くなり、触媒14の温度も高くなる。したがって、空気過剰率λを浄化ウィンドウ内に設定すれば触媒14を再生し易くなる。
【0034】
ミキサ3に設けたタイマ11は、前述したように空気過剰率λが変化するとリセットされ、空気過剰率λの値を一定に保った期間を検出する。空気過剰率λの値がいかなる値(リーン,リッチあるいは理論空燃比等)に設定されているかは、コントローラ4が把握している。
【0035】
空気過剰率λがλ>1.0のリーン(浄化ウィンドウ外)に設定されていれば、図1の触媒14にはNOが吸蔵されると同時に硫黄成分が触媒14を被毒する。したがって、タイマ11が空気過剰率λがリーン(λ>1.0)に設定された時間を計測し、また、コントローラ4が空気過剰率λがリーンに設定されていることを認識することにより、触媒14の硫黄被毒の増加量を推定することができる(増加量推定手段)。
【0036】
また、空気過剰率λが浄化ウィンドウ内に設定されていれば、排気ガス中のNOが無害な物質に変換されると同時に、排気ガス温度が上昇することにより触媒14から硫黄成分が脱離し易くなる。したがって、タイマ11が空気過剰率が浄化ウィンドウ内に設定されている時間を計測し、また、コントローラ4が空気過剰率が浄化ウィンドウ内に設定されていることを認識することにより、触媒14からの硫黄成分の脱離量、つまり硫黄被毒の減少量を推定することができる(減少量推定手段)。
【0037】
空気過剰率λがリーンで運転される時間は、硫黄被毒が進む度合いに置き換えられ、また、空気過剰率λが浄化ウィンドウ内で運転される時間は、触媒14が再生される度合いに置き換えられる。そこで、触媒14の被毒量を式(1)により算出する。
dref=Crefint∫tLRdt−∫trefdt・・・・・(1)
ここで、tdrefは被毒の度合い(被毒量)であり、Crefintは予め実験で求めた係数で、tLRは、リーンでの運転時間であり、trefは、理論空燃比又はその近傍の空気過剰率での運転時間である。
【0038】
この式(1)によりコントローラ4は触媒14の硫黄被毒量を算出し、硫黄被毒量が予め設定した所定量に達すると、触媒14の温度を上昇させるために空気過剰率λを浄化ウィンドウ内(理論空燃比又はその近傍)に設定する。このようにすることにより、硫黄被毒が進んだ触媒14の再生を適切に行うことができる。
【0039】
第1実施例)
NOの吸蔵可能容量は温度に依存する。よって、機関負荷や機関回転数が変化すると、機関1の温度が変化し、触媒14のNO吸蔵可能容量が変化する。機関負荷と機関回転数が変更すると、内燃機関100が排出するNO量も変化する。
【0040】
したがって、触媒14が吸蔵することができるNO量と機関負荷,機関回転数の関係を予め実験により求めてテーブルを作成し、コントローラ4に設けた図示しないメモリ(上述のメモリと同様に書き換え可能なメディア)に記憶させておく。このテーブルも触媒14の種類により異なる。
【0041】
このテーブルと機関負荷検出センサ12で検出した機関負荷,機関回転数検出センサ10で検出した機関回転数から排気ガス中のNO含有量を算出し(NO量推定手段)、この機関負荷,機関回転数で一定時間運転することにより、排出された排気ガスに含まれるNOの総量を算出する(排出量検出手段)。
【0042】
この算出されたNO総量が、触媒14に吸蔵可能なNO量を越えないようにすればNOを大気へ放出しなくて済む。図2は、排気ガス中のNOを大気へ放出させないように空気過剰率を切り換える際の手順の流れ図である。
【0043】
内燃機関100(図1)が、空気過剰率をリーン(例えばλ=1.5)に設定して運転されると触媒14にはNOが吸蔵される。時間Δtの間に排出された排気ガス中のNOがすべて触媒14に吸蔵されたと仮定すると、触媒14へのNO吸蔵量は、時間Δt経過前のNO吸蔵量とNO流量(排気ガス中のNO含有量)と時間Δtの積との和で算出することができる。
【0044】
このようにして刻々と過ぎる時間に応じて排出されるNO量を算出し、これがすべて触媒14に吸蔵されると仮定して、触媒14の吸蔵可能容量に達しているか否かを判定し、まだ吸蔵することができる場合は、さらに時間Δt経過後の触媒14へのNOの吸蔵量を算出する。
【0045】
もはや触媒14にはNOを吸蔵することが無理であると判定すると、吸蔵したNOを脱離・還元するためにコントローラ4(図1)は空気過剰率制御バルブ7の開度を大きく設定して燃料ガスの流量を増加させ、空気過剰率をリッチ側(浄化ウィンドウ外)へシフト(λ<1.0)する。
【0046】
従来の内燃機関が、触媒の吸蔵能力(容量)が大きくなる運転領域で運転しており、あるとき機関負荷,機関回転数が変化して触媒の吸蔵容量が小さくなるような運転領域において運転された場合、触媒に吸蔵能力がなくなってもそのままリーンでの運転を続行し、触媒がNOを吸蔵しきれなくなり、吸蔵されないNOが大気へ排出されてしまい、浄化率が悪化する恐れがあった。また、機関負荷・機関回転数に対応する触媒のNO吸蔵能力がテーブル化されていても、新しい運転環境になってから該当する新しいマップに更新されるまで時間がかかっていた。
【0047】
それを防止するために、第1実施例では、どれだけの量のNOが触媒14に流れ込んだかを時々刻々と追跡する。今、この運転状態での内燃機関100では、実質どれだけの量のNOが触媒14に流入しているのかを時間積分することにより算出する。機関負荷・機関回転数が変動しない微少時間Δtの間に排出されたNO量を積算(時間積分)することにより、触媒14のNO吸蔵限界時期を推定することができる。
【0048】
NO吸蔵容量は、そのときの触媒14の温度で決まるので、残り容量を別のテーブルにより求める。その残り容量が不足すると空気過剰率をリーンからリッチに変更し、吸蔵したNOを脱離・還元する。
【0049】
第2実施例)
第2実施例では、第1実施例に係わる排出量検出手段の代わりに、触媒14の下流側の排気管22に設置した酸素センサ8を使用する。要約すると、酸素センサ8の出力電圧が、後述するある閾値を越えたことを判定することにより、空気過剰率λのリッチからリーンへの切り換え時期を検出し、空気過剰率λをリッチからリーンへ切り換える。
【0050】
図3は、触媒14のない排気管22内における、酸素センサ8(図1)の起電力(出力電圧)と空気過剰率λの関係を示すグラフである。図3に示すように、酸素センサ8の温度が変化すると、同じ空気過剰率λでも出力電圧が異なる。
【0051】
図4は、空気過剰率λをλ<1.0のリッチ状態に設定した時(触媒14が吸蔵したNOを脱離する時)の触媒14の下流側に設置した酸素センサ8の出力電圧と時間との関係を示すグラフである。触媒14にNOが吸蔵されるとき(λ>1.0)には同時に酸素も吸蔵されるが、逆にNOを脱離するとき(λ<1.0)には同時に酸素も脱離する。
【0052】
図4において、酸素センサ8の出力電圧がある程度以上になると、触媒14からのNOの脱離が完了した、つまり空気過剰率λをリッチに設定する時間が終了した(最適なリッチ終了時間T)とコントローラ4が判定し、そのときの電圧を判定電圧Vと定義する。
【0053】
酸素センサ8が判定電圧Vを検出した時点で空気過剰率λは変更せず、所定時間(例えば1秒)以内の時間でそのままの空気過剰率λで運転を続行した後に、空気過剰率λをリーン(λ>1.0)に切り換える。図4に示すように、この所定時間経過時に出力電圧が最大となっており、これを最大リッチ電圧Vと呼ぶ。この最大リッチ電圧Vによって、その温度条件における酸素センサ8の出力電圧がどこまで上がるかを把握することができる。したがって、機関負荷や機関回転数の変動により排気温度が変化し酸素センサ8自身の温度が変化しても、酸素と一緒に脱離するNO の排出量に対応する出力電圧値を検出することができるようにしたのが請求項2の発明である。
【0054】
図5は、空気過剰率λをリッチからリーンへ切換える時期を判断するための流れ図である。今回算出した判定電圧Vは、前回の最大リッチ電圧Vと所定の割合(判定電圧割合)とを乗算して式(2)によりコントローラ4(演算手段)が算出する。言い換えると、今回の最大リッチ電圧Vにより次回にリーンへ切り換える際の判定電圧Vを算出する。
(判定電圧V)=(最大リッチ電圧V)×(判定電圧割合)・・・(2)
(判定電圧割合としては、例えば0.9〜0.95の値をとる。)
酸素センサ8の起電力が温度により変化したことにより、酸素と一緒に脱離するNO の排出量の判定がずれてしまうことを防止することができる。
【0055】
第2開示例)
内燃機関100が低負荷・低回転の運転領域での運転を行っている時は排気ガス量は少なく、触媒14の温度も低いので、触媒14を再生するのに必要とされる温度にはなかなか達しにくい。しかし、点火時期を遅らせると排気温度は高くなるので、低負荷・低回転領域における運転を行っているときは、点火時期を遅らせて触媒14の温度を再生可能な温度まで上昇させるようにする。図1に示すように、触媒14の近傍に設置した温度センサ13により排気温度(触媒温度)を検出し、検出した温度はコントローラ4へ伝送される。
【0056】
図8は、触媒14の再生の容易性を示す内燃機関100の機関回転数と機関負荷の関係を示すグラフである。図8に示すように、機関回転数Neが高くなるほど再生は容易となり、逆に機関回転数Neが低くなるほど再生は困難となる。また、機関負荷Peが大きくなるほど再生は容易となり、機関負荷Peが小さくなるほど再生は困難となる。
【0057】
したがって、内燃機関100の運転状態によって触媒14の温度も異なるので、触媒14の温度が再生するのに必要な温度まで上昇させることができる程度に点火時期を遅角させるようにする。
【0058】
ここで、内燃機関100が極めて高負荷・高回転領域における運転を行っている場合には、排気ガス量も多い上に排気温度も高いので、点火遅角させる必要はなく、逆に点火時期を遅らせると、排気温度が上昇し過ぎることにより触媒14が破壊されてしまう恐れがある。したがって、触媒14の温度が再生可能な温度となるような運転形態(機関負荷の大きさと機関回転数の大きさ)と点火時期を遅角させる度合いの関係を予め実験を行って調査し、テーブルを作成してコントローラ4のメモリに記憶させ、このテーブルにしたがって点火時期の遅角の度合いを決定する。温度センサ13,コントローラ4及び図示しないテーブルにより点火時期設定手段を構成している。
【0059】
このようにして内燃機関100がどのような機関負荷・機関回転数で運転されていても、触媒14の温度を再生が可能で劣化はせず、また、破壊もしない温度に保つように点火時期を設定する。
【0060】
第3開示例)
第1開示例において用いた硫黄被毒量検出手段により、触媒14の被毒の程度により、予め設定した被毒量と比較して被毒が進んでいないと判定されるときは再生は行わず、予め設定した被毒量より被毒が進んでいると判定されるときは再生を行う。つまり、点火時期を遅らせてまで触媒14の再生を行わなければならないかどうかを判定する。
【0061】
触媒14の再生を行うために点火時期を大きく遅らせて排気温度を上昇させ過ぎると、内燃機関100の構成部材が熱の悪影響を受ける恐れが出てくる。したがって、触媒14の再生の必要性と内燃機関100の構成部材の保護の両方が満たされたときにのみ点火遅角を行うようにする。
【0062】
もし可能であれば、点火遅角を行う必要のない高負荷・高回転領域における運転時(触媒14が高温になるとき)だけ触媒14の再生を行うようにする。運転領域が高負荷・高回転領域に達することがなく、触媒14の被毒が進んでしまうと、図8のグラフに示すように機関負荷と機関回転数がともに小さくなる側へ再生を行う境界を例えば境界Aから境界Bへ移し、内燃機関100の運転領域が境界Bより高負荷側・高回転側の領域に入ると点火遅角を行い、触媒14を昇温させて再生を行う。触媒14の被毒が進み、内燃機関100の運転領域が境界Bの領域にまで達する見込みがない場合は、さらに境界Cまで領域を広げ、運転領域が境界Cに達すると触媒14の再生を行うようにする。
【0063】
このようにすることにより、排気温度を必要以上に上げて内燃機関100の耐久性を損なうことなくどのような運転が行われる内燃機関100においても、良好に触媒14の再生を行うことができる。点火遅角の程度としては、内燃機関100の運転領域が低負荷・低回転領域では大きく(例えば60度)遅らせ、高負荷・高回転領域では小さく(例えば40度)遅らせる。
【0064】
触媒14は、被毒したときの温度よりも高い温度でなければ再生することはできない。例えば600度で被毒したら700度、400度で被毒したら500度で再生することができる。したがって、低い温度で被毒するほど再生時の温度も低くて済む。
【0065】
低負荷・低回転領域で運転することが多い機関では、それほど高い再生領域までもって行かなくても再生することができる。低負荷・低回転領域の低い温度で被毒した触媒14は、低い温度で再生すればよい。つまり低い温度のとき(運転領域が低負荷・低回転領域のとき)に再生が行われるようにする。
【0066】
触媒14の再生を実行する際の機関負荷,機関回転数及び触媒14の被毒の程度の関係を予め実験により求めておき、コントローラ4のメモリにテーブルとして記憶させておく。このテーブルに記憶したパターンと現在の触媒14の硫黄被毒量をコントローラ4が比較し(比較手段)、再生を実行するか否かを判断する。
【0067】
よって、高負荷・高回転領域で被毒した触媒14を低負荷・低回転領域で再生を実行することがなくなり、また、低負荷・低回転領域で被毒した触媒14が、高負荷・高回転まで無駄に温度を上げて再生を実行することもなくなる。
【0068】
第4開示例)
一般に、空気過剰率がリーン(λ>1.0)に設定されているときは、燃える物(燃料ガス)が少ないので触媒14の温度は低くなる。また、空気過剰率がリッチ(λ<1.0)に設定されているときは、触媒14の温度は上昇する。
【0069】
触媒14を再生するのに必要な触媒14の温度を目標再生温度とすると、触媒14の温度が目標再生温度より低く、目標再生温度に達するように昇温させる場合には、空気過剰率λをリッチ状態に設定する頻度を多くする。触媒14の温度が目標再生温度よりも高いときには、空気過剰率λをリッチに設定する頻度を減らす。ここで目標再生温度は、コントローラ4のメモリ(記憶手段)に記憶させておく。
【0070】
ここで「頻度」とは、空気過剰率λはリーンとリッチとを交互に繰り返して設定されるが、リーンに設定される時間に対するリッチに設定される時間の相対的な割合を意味する。具体的には、リーン時間が10分間に対しリッチ時間が1分間である場合なら、10分間に対する1分間である。上述の「リッチ状態に設定する頻度を多くする」とは、この1分間を例えば2分間にするなどリッチに設定する時間の長さを長くしたり、リーンに設定する時間(10分間)を例えば9分間に短くすることである。これを空気過剰率λのPWM(パルス幅調整)制御と呼ぶ。
【0071】
図9は、触媒14の温度を目標再生温度に設定するための流れ図である。図9において、酸素センサ8から伝達された信号によりコントローラ4は空気過剰率λを検出し、温度センサ13により排気温度(触媒温度)を検出し、コントローラ4(比較手段)で目標再生温度と検出した排気温度とを比較する。両者に差がある場合は、排気温度が目標再生温度に一致するように(又は近づくように)空気過剰率λをPID制御し、リーン時間tの長さを設定する(リーン運転時間制御手段)。
【0072】
このように空気過剰率λをPWM制御することにより、触媒14の温度を目標再生温度まで昇温させて再生を実行することができるので、触媒14の再生時に、触媒14を三元触媒として作用させる必要がなく、したがって、触媒14の上流側に酸素センサ9を設ける必要がなくなり、装置の簡略化を図ることができる。
【0073】
第5開示例)
図10は、空気過剰率λを浄化ウィンドウ内とリーンの所定の値(浄化ウィンドウ外)との間を変動させた際の触媒14の酸素吸蔵量と酸素センサ8の出力電圧の関係を示すグラフである。図10において、3つのパターンD,E,Fを示した。
【0074】
パターンDは、空気過剰率λが適正に制御されている場合である。パターンEは、空気過剰率λがリッチ側へずれた状態で制御されている場合である。パターンFは、空気過剰率λがリーン側へずれた状態で制御されている場合である。
【0075】
パターンDにおいて空気過剰率λが浄化ウィンドウ内からリーンへ変化する際に、酸素センサ8の出力電圧が最低値を記録しており、これを判定電圧と呼んでいる。
【0076】
パターンEでは、空気過剰率λがリッチ側へずれたことにより、酸素センサ8の出力電圧の最低値が判定電圧よりも高くなっている。パターンFでは、空気過剰率λがリーン側へずれたことにより、酸素センサ8の出力電圧の最低値が判定電圧よりも低くなっている。
【0077】
触媒14の下流側に設置した酸素センサ8の出力電圧により空気過剰率を浄化ウィンドウ内に設定することができるので、触媒14の上流側に酸素センサ9を設けなくても三元制御を行うことができる。したがって、酸素センサ8が触媒14の下流側に設置されていることにより、有毒なガスは触媒14で浄化され、無害な排気ガスのみが排出されることにより劣化が進みにくくなり、三元制御を行うために触媒14の上流側に設置する場合と比較して寿命が延びる。
【0078】
従来は、触媒14を吸蔵触媒として作用させる場合には、酸素センサ8を触媒14の下流側に設置する必要があり、三元触媒として作用させるには、さらに触媒14の上流側に酸素センサ9を設ける必要があったが、第5開示例によると、酸素センサは触媒14の下流側に1つ設けるだけで済み、装置の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【0079】
図10では、一定時間毎に一定の長さだけ空気過剰率λを浄化ウィンドウ内からリーン(浄化ウィンドウ外)へ変位させて元の浄化ウィンドウ内に戻す。
【0080】
触媒14への酸素の吸蔵は、ちょうどリーン終了時に限界に達し、空気過剰率λが尚リーンに設定され続けると、触媒14の下流側に酸素が流れ始め、酸素センサ8の出力電圧が下がる。この出力電圧が、ある所定値(判定電圧)まで下がったことを検出し、触媒14の酸素吸蔵量が吸蔵限界に達したことを検出する。
【0081】
図10のパターンEのように、浄化ウィンドウよりリッチ側へずれると、触媒14への酸素の吸蔵は限界に達しないので、酸素センサ8の出力電圧の最低値は判定電圧よりも高くなる。この酸素センサ8の出力電圧値と判定電圧との差から、空気過剰率λがリッチ側にずれていることを検出することができる。また、パターンFのように、浄化ウィンドウよりリーン側へずれると、逆に酸素センサ8の出力電圧値は判定電圧より下がるので、これをもって空気過剰率λがリーン側へずれていることを検出することができる。
【0082】
第6開示例)
第5開示例で説明した構成のみでは、どの程度リッチ側又はリーン側へずれているのかを判定することはできない。そこで機関負荷や機関回転数に対する空気過剰率λを予め実験で求めておき、マップを作成し、コントローラ4のメモリ(記憶手段)に記憶させておく。
【0083】
図11は、空気過剰率λを目標値に設定するための系統略図である。機関負荷,機関回転数が変わると、そのマップ上の変化後の機関負荷,機関回転数に該当する空気過剰率(負荷,回転数パターン)まで空気過剰率λを一気に変化させ、そこから第5開示例で説明した方法により微修正を行う。第6開示例によると、機関負荷,機関回転数が変動しても、NOの浄化率を悪化させずに済む。
【0084】
第7開示例)
第6開示例で説明したマップは、量産される内燃機関毎に個体差がある。したがって場合によっては、マップの記憶内容が内燃機関に対応せず、機関負荷,機関回転数に対応する空気過剰率λが、常にずれていることもあり得る。そこでこれを回避するために、図12に示すようにマップに学習機能を備えた。
【0085】
運転当初は最初(図11)のマップに記憶されているデータに従って空気過剰率λは設定され、その後、空気過剰率λが浄化ウィンドウ内に入っているか否かを判定し、もし、修正が必要であれば酸素センサ8の出力電圧がフィードバックされ、その内燃機関100固有の機関負荷,機関回転数に対応する空気過剰率λの関係がマップに上書きされる(補正手段)。図12は、図11においてマップに学習機能を設けたものである。
【0086】
酸素センサ8の出力電圧の最低値の判定電圧に対する偏差を求め、この偏差がゼロになるようにコントローラ4がPI制御を行い、その結果がマップに反映される。
【0087】
第8開示例)
熱効率が空気過剰率λの値によって変化しないと仮定した場合、内燃機関100が一定の仕事をするときに、空気過剰率がリーンであってもリッチであっても燃料は同じ量を供給し、燃焼させる燃料の量を一定にしなければならない。
【0088】
空気過剰率λをリーンにするには、空気(酸素)供給量を増加させ、リッチにするには、燃焼に寄与しない燃料をさらに供給しなければならない。空気過剰率λがリーンのときには、燃焼させるための比率、つまり燃料ガスの容積に対する空気の容積を大きく確保する必要がある。
【0089】
よって空気過剰率λがリーンのときは、大量の混合気が供給されなければならない。空気過剰率λをリッチにするには、少量の燃料を増量すればよいが、リーンにするには大量の混合気を供給しないとリーンにはならないので、スロットル5(図1)は急激に開く(開度を大きくする)ようにしなければならない。逆にリッチにする際にはほとんど開く必要はない。そのスロットル開度の変化の仕方によりλ=1.0を検出することができる。
【0090】
図13は、空気過剰率λの値とスロットル開度との関係を示すグラフである。図13に示すように、空気過剰率λがλ=1.0(理論空燃比)となる時期にスロットル開度が最小値をとり、λ=1.0を境にλ<1.0,λ>1.0のいずれに変位してもスロットル開度は大きくなっている。
【0091】
図14は、空気過剰率λの変化量に対するスロットル開度の変化量を利用した三元制御の流れ図である。空気過剰率λの値は、図1のミキサ3を操作することにより変化させ、ミキサ3の操作量は信号線を介してコントローラ4へ伝送され、操作量が増量となると空気過剰率λはリーンになり、操作量が減量となるとリッチになる。
【0092】
このようにスロットル開度によりλ=1.0を検出することができるので、酸素センサを設置することなく三元制御(排気ガス中のCO,HC,NOを同時に浄化する制御)を行うことができる。したがって、図1の酸素センサ8,9のいずれも不要となり、装置の簡略化を図ることができる。
【0093】
機関負荷と機関回転数がある一定値を保つ、又は変動が小さいと、空気過剰率λがλ=1.0(理論空燃比)となる時期をスロットル開度により検出するのが容易になる。
【0094】
第9開示例)
第8開示例において説明したように、空気過剰率λがλ=1.0のときにスロットル開度は最小値をとる。また、λ=1.0において触媒14の上流側に設置した酸素センサ9(図1)の出力電圧が判定電圧となる。これらより、スロットル開度が最小値をとるとき、酸素センサ9の出力電圧が判定電圧となる。
【0095】
図15は、空気過剰率λとスロットル開度及び触媒14の上流側に設置した酸素センサ9の出力電圧の関係を示すグラフである。図15においてAのグラフは劣化していない酸素センサ9の出力電圧の変化を示し、Bのグラフは劣化した酸素センサ9の出力電圧の変化を示している。
【0096】
Gの判定電圧とHの判定電圧からわかるように、酸素センサ9が劣化しているか否か(劣化の程度にもよるが)でλ=1.0を検出する判定電圧に相当な差がある。
【0097】
しかし、酸素センサ9が劣化しても、劣化した酸素センサ9のλ=1.0のときの出力電圧を把握することができれば、劣化した酸素センサ9の出力電圧によりλ=1.0を検出することができる。そこで、スロットル開度が最小値となるときの酸素センサ9の出力電圧を検出する。
【0098】
このようにすることにより、スロットル開度によらなくても劣化した酸素センサ9によりλ=1.0を検出することができるので、機関回転数や機関負荷が変動しやすい運転環境においても精度よくλ=1.0を検出することができる。
【0099】
【発明の効果】
発明によると、排気温度が変化し酸素センサの出力電圧の変動が起こっても、酸素と一緒に脱離するNO の排出量に対応する出力電圧を検出することができ、NO の排出量を検出できる。このため、触媒がNO を吸蔵しきれないときに、リーンの運転をリッチの運転に切り換えることができる。
【0100】
【0101】
【0102】
【0104】
【0105】
【0106】
【0107】
【0108】
【0109】
【0110】
【0111】
【0112】
【0113】
【図面の簡単な説明】
【図1】 発明を実施する内燃機関の系統略図である。
【図2】 排気ガス中のNOを大気へ放出させないように空気過剰率を切り換える際の手順の流れ図である。
【図3】 触媒のない排気管内における、酸素センサの起電力と空気過剰率の関係を示すグラフである。
【図4】 空気過剰率λをλ<1.0のリッチ状態に設定した時(触媒が吸蔵したNOを脱離する時)の触媒の下流側に設置した酸素センサの出力電圧と時間との関係を示すグラフである。
【図5】 空気過剰率λをリッチからリーンへ切換る時期を判断するための流れ図である。
【図6】 空気過剰率の変動に伴う触媒の下流側における排気管内の排気ガス中の酸素濃度の変動と触媒に吸蔵された酸素量及び酸素センサ8の出力電圧の関係を示すグラフである。
【図7】 空気過剰率と触媒のCO,HC及びNOの浄化率の関係を示すグラフである。
【図8】 触媒の再生の容易性を示す内燃機関の機関回転数と機関負荷の関係を示すグラフである。
【図9】 触媒の温度を目標再生温度に設定するための流れ図である。
【図10】 空気過剰率λを浄化ウィンドウ内とリーンの所定の値との間を変動させた際の触媒の酸素吸蔵量と酸素センサの出力電圧の関係を示すグラフである。
【図11】 空気過剰率λを目標値に設定するための系統略図である。
【図12】 図11においてマップに学習機能を設けた系統略図である。
【図13】 空気過剰率λの値とスロットル開度との関係を示すグラフである。
【図14】 空気過剰率λの変化量に対するスロットル開度の変化量を利用した三元制御の流れ図である。
【図15】 空気過剰率λとスロットル開度及び触媒の上流側に設置した酸素センサの出力電圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 機関
2 機関ヘッド
3 ミキサ
4 コントローラ
5 スロットル
6 ステッピングモータ
7 空気過剰率制御バルブ
8,9 酸素センサ
10 機関回転数検出センサ
11 タイマ
12 機関負荷検出センサ
13 温度センサ
14 NO吸蔵触媒
100 内燃機関
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is NO when the excess air ratio λ is lean (λ> 1.0).XNO contained in exhaust gas by occlusion catalystXNO is stored when the excess air ratio λ is near the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1.0).XHC, CO and NO by making the storage catalyst function as a three-way catalystXNO is when the excess air ratio λ is rich (λ <1.0).XNO stored in the storage catalystXThe present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that desorbs and reduces gas.
[0002]
[Prior art]
  NO of conventional internal combustion enginesXIn an exhaust purification system using an occlusion catalyst, NOXThe storage catalyst is poisoned by the sulfur component contained in the exhaust gas, and NOXWhen the storage capacity of the engine became smaller, the temperature of the engine was increased uniformly and the amount of sulfur poisoning was reduced regardless of the degree of sulfur poisoning and how the internal combustion engine was operated.
[0003]
  For example, if the excess air ratio is set in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio (λ = 1.0), the temperature of the internal combustion engine can be raised, and NOXThe temperature of the storage catalyst itself also rises and the sulfur component is easily desorbed. Further, by delaying the ignition timing, the temperature of the internal combustion engine rises, and the desorption of sulfur components becomes easy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  However,A conventional internal combustion engine is operated in an operating region where the storage capacity (capacity) of the catalyst is increased, and in some cases, the engine load and the engine speed are changed so that the storage capacity of the catalyst is reduced. If the catalyst loses its storage capacity, the lean operation will continue and the catalyst will X NO can not be occluded, NO is not occluded X May be exhausted to the atmosphere and the purification rate may deteriorate. Also, the catalyst NO corresponding to the engine load and engine speed X Even if the storage capacity was tabulated, it took time until the map was updated to the new map after the new driving environment.
[0005]
  Therefore, in the present invention,NO catalyst X When you can't fully occlude, you can switch lean operation to rich operation.An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the invention of claim 1NO in the exhaust passage X Provided with a storage catalyst and said NO X In an internal combustion engine provided with an oxygen sensor in the exhaust passage downstream of the storage catalyst, the engine is provided with an excess air ratio control means, a detection means for detecting the output voltage value of the oxygen sensor is provided, and the excess air ratio λ is , When the output voltage of the oxygen sensor reaches the preset air excess rate switching timing determination voltage value in the rich state of λ <1.0, the excess air rate is continuously maintained for a predetermined time. The maximum value of the output voltage is detected by the detection means, and the excess air ratio is set to the rich state of λ <1.0 next time by multiplying the maximum value by a preset coefficient, and the stored NO. X A calculation means is provided for calculating a voltage value for determining the excess air ratio during the desorption / reduction of the air, and detecting the change timing of the excess air ratio by changing the output voltage value of the oxygen sensor due to fluctuations in the exhaust gas temperature. The accuracy was prevented from deteriorating.
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  If the excess air ratio λ is set in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio (λ = 1.0), air and fuel are supplied without excess or deficiency, so the lean or rich state where the excess air ratio λ deviates from the theoretical air-fuel ratio. The temperature of the internal combustion engine is likely to rise as compared with the case where it is set to. When the excess air ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio, NOXThe storage catalyst is HC, CO and NO in the exhaust gas.XIt acts as a three-way catalyst that simultaneously purifies. This control is called three-way control. NOXIf the excess air ratio is set to lean, the storage catalyst will have NO in the exhaust gas.XOccluded, and if set to rich, occluded NOXIs eliminated and reduced.
[0019]
  The above phenomenon and NOXUsing the properties of the storage catalyst, NO in exhaust gas will be described later.XNO, without adversely affecting each part of the internal combustion engineXEliminate sulfur poisoning of the storage catalyst.
[0020]
  FIG.Book1 is a system schematic diagram of an internal combustion engine 100 embodying the invention. In FIG. 1, air (atmosphere) taken in through an air supply pipe 21 and fuel gas sent out through a fuel supply pipe 20 are mixed in a mixer 3, and the air-fuel mixture becomes exhaust gas after combustion in an engine head 2. Gas is NO on the wayXThe exhaust gas is discharged through an exhaust pipe 22 provided with an occlusion catalyst 14 (hereinafter referred to as catalyst 14).
[0021]
  As shown in FIG. 1, an oxygen sensor 9 is provided on the upstream side of the catalyst 14, and an oxygen sensor 8 is provided on the downstream side. Further, the engine 1 is provided with an engine speed detection sensor 10 that detects the engine speed and an engine load detection sensor 12 that detects a load applied to the engine.
[0022]
  The signals detected by the oxygen sensors 8, 9, the engine speed detection sensor 10 and the engine load detection sensor 12 are sent to the controller 4 via signal lines, respectively. In order to operate λ, a control signal is sent to the stepping motor 6 via a signal line to adjust the opening degree of the excess air ratio control valve 7 (excess air ratio control means).
[0023]
  The mixer 3 is provided with a timer 11 (sulfur poisoning amount detecting means) that is reset when the excess air ratio λ changes, and the time measured by the timer 11 and the excess air ratio λ at that time are obtained via a signal line. It is sent to the controller 4.
[0024]
  (First disclosureExample)
  Figure6 is a graph showing the relationship between the fluctuation of the oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust pipe 22 on the downstream side of the catalyst 14 due to the fluctuation of the excess air ratio, the amount of oxygen occluded in the catalyst 14 and the output voltage of the oxygen sensor 8. It is. FIG. 7 shows the excess air ratio and the CO, HC and NO of the catalyst 14.XIt is a graph which shows the relationship of the purification rate. As can be seen from FIG. 7, the excess air ratio is NO over a certain width including λ = 1.0.X, CO and HC both show a relatively high purification rate. In FIG. 7, this width is shown by the range of a broken line, and this is called the purification | cleaning window.
[0025]
  When a large output is required, such as during acceleration or when the engine load increases, the controller 4 sends a control signal to the stepping motor 6 so that the required engine output can be obtained. 7 is set large, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the mixer 3 is set to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1.0). The excess air ratio λ at this time is not limited to the stoichiometric air-fuel ratio, but may be within the purification window shown in FIG.
[0026]
  When the internal combustion engine 100 is operated in a lean state where λ> 1.0 (outside the purification window), the catalyst 14 is in NO in the exhaust gas.XHowever, when the engine load increases or the engine load increases and the engine output is increased, the excess air ratio λ slightly shifts to the rich side as before (for example, at λ = 1.5). Instead of λ = 1.4), it shifts into the purification window all at once.
[0027]
  By setting the excess air ratio λ in this way, NO in the exhaust gasXReacts with CO and HC in the exhaust gas on the catalyst 14 to react with N2, CO2, H2Changes to harmless substances such as O. At this time, the catalyst 14 is NO.XEffective as a three-way catalyst, not a storage catalyst.
[0028]
  When a large engine output is required, a larger amount of NO than before the shift can be obtained by shifting the excess air ratio to the rich side.XIs contained in the exhaust gas. Conventionally, this large amount of NOXHowever, the remaining storage capacity of the catalyst 14 is lost in a short time. ThereIn the skyIf it is necessary to shift the excess air ratio λ to the rich side, NOXWas not occluded in the catalyst 14, but was converted into a harmless substance on the catalyst 14 as described above, and released from the exhaust pipe 22 into the atmosphere.
[0029]
  As a result, NOXHowever, the period until the catalyst 14 reaches the storage limit becomes longer, and the stored NOXIt is possible to lengthen the interval at which the rich spike is executed in order to desorb and reduce the amount.
[0030]
  When the internal combustion engine 100 is operated with the excess air ratio λ in a lean state, sulfur components mixed in the exhaust gas are adsorbed on the catalyst 14 (hereinafter referred to as poisoning), and the amount of poisoning is NO.XThe storable capacity of will decrease. Therefore, if poisoning progresses, NOXTherefore, it is necessary to remove the sulfur component from the catalyst 14 (hereinafter, this operation is called regeneration of the catalyst 14).
[0031]
  It has been found that the poisoning amount of the sulfur component to the catalyst 14 is proportional to the time during which the excess air ratio λ is operated in a lean state (outside the purification window). Therefore, the relationship between the lean operation time and the sulfur component poisoning amount is experimentally examined in advance, and a table that can estimate the poisoning amount from the degree of lean (the value of λ) and the operation time is created. The data is stored in a memory (not shown) in the controller 4. Since this table varies depending on the type of the catalyst 14, it is preferable to employ a rewritable medium such as a flash memory as the memory.
[0032]
  The controller 14 determines that the sulfur poisoning amount of the catalyst 14 has reached a predetermined value by referring to the operation time of the internal combustion engine 14, the set value of the excess air ratio λ, and the table stored in the memory in the controller 4. 4 detects. When the controller 4 detects that the sulfur poisoning amount of the catalyst 14 has reached a predetermined value, the controller 4 sends a control signal to the stepping motor 6 to set the opening degree of the excess air ratio control valve 7 large, The excess air ratio λ of the air-fuel mixture in the mixer 3 is set in the purification window.
[0033]
  In order to regenerate the catalyst 14 that has been poisoned with sulfur, it is necessary to set the temperature to be somewhat higher than the temperature at which the catalyst 14 was poisoned. In the rich and lean regions where the excess air ratio λ is far from the stoichiometric air-fuel ratio, the combustion temperature is relatively low, and therefore the temperature of the catalyst 14 is also low. However, when the excess air ratio λ is set within the purification window, the combustion temperature increases and the temperature of the catalyst 14 also increases. Therefore, if the excess air ratio λ is set within the purification window, the catalyst 14 can be easily regenerated.
[0034]
  The timer 11 provided in the mixer 3 is reset when the excess air ratio λ changes as described above, and detects a period during which the value of the excess air ratio λ is kept constant. The controller 4 knows what value (lean, rich, stoichiometric air-fuel ratio, etc.) the value of the excess air ratio λ is set to.
[0035]
  If the excess air ratio λ is set to be lean (outside the purification window) with λ> 1.0, the catalyst 14 in FIG.XAt the same time as the sulfur is occluded, the sulfur component poisons the catalyst 14. Therefore, the timer 11 measures the time when the excess air ratio λ is set to lean (λ> 1.0), and the controller 4 recognizes that the excess air ratio λ is set to lean. The increase amount of sulfur poisoning of the catalyst 14 can be estimated (increase amount estimation means).
[0036]
  Further, if the excess air ratio λ is set in the purification window, NO in the exhaust gasXIs converted into a harmless substance, and at the same time, the exhaust gas temperature rises so that the sulfur component is easily desorbed from the catalyst 14. Therefore, the timer 11 measures the time during which the excess air ratio is set in the purification window, and the controller 4 recognizes that the excess air ratio is set in the purification window. It is possible to estimate the desorption amount of sulfur component, that is, the decrease amount of sulfur poisoning (reduction amount estimation means).
[0037]
  The time when the excess air ratio λ is operated lean is replaced by the degree of progress of sulfur poisoning, and the time when the excess air ratio λ is operated within the purification window is replaced by the degree of regeneration of the catalyst 14. . Therefore, the poisoning amount of the catalyst 14 is calculated by the equation (1).
  tdref= Crefint∫tLRdt-∫trefdt (1)
  Where tdrefIs the degree of poisoning (poisoning amount) and CrefintIs a coefficient obtained in advance by experiment, and tLRIs the operating time in lean, trefIs the operation time at the stoichiometric air-fuel ratio or the excess air ratio in the vicinity thereof.
[0038]
  By this equation (1), the controller 4 calculates the sulfur poisoning amount of the catalyst 14, and when the sulfur poisoning amount reaches a predetermined amount set in advance, the excess air ratio λ is purified by the purification window in order to increase the temperature of the catalyst 14. Set within (theoretical air-fuel ratio or its vicinity). By doing in this way, regeneration of the catalyst 14 with advanced sulfur poisoning can be performed appropriately.
[0039]
  (FirstExample)
  NOXThe storable capacity depends on the temperature. Therefore, when the engine load or the engine speed changes, the temperature of the engine 1 changes and the NO of the catalyst 14 changes.XThe storable capacity changes. When the engine load and the engine speed change, the NO emitted by the internal combustion engine 100XThe amount also changes.
[0040]
  Therefore, NO that the catalyst 14 can store is NO.XA table is created by previously determining the relationship between the quantity, the engine load, and the engine speed by experiments, and stored in a memory (not shown) provided in the controller 4 (a rewritable medium similar to the above-described memory). This table also varies depending on the type of the catalyst 14.
[0041]
  From this table and the engine load detected by the engine load detection sensor 12 and the engine speed detected by the engine speed detection sensor 10, the NO in the exhaust gas is determined.XCalculate the content (NOXAmount estimation means), the NO contained in the exhaust gas discharged by operating for a certain period of time at this engine load and engine speedXIs calculated (discharge amount detection means).
[0042]
  This calculated NOXThe total amount is NO storable in the catalyst 14XNO if you do not exceed the amountXNeed not be released into the atmosphere. FIG. 2 shows NO in exhaust gas.XIt is a flowchart of the procedure at the time of switching an excess air ratio so that it may not discharge | release to air | atmosphere.
[0043]
  When the internal combustion engine 100 (FIG. 1) is operated with the excess air ratio set to lean (for example, λ = 1.5), the catalyst 14 has NO.XIs occluded. NO in the exhaust gas discharged during time ΔtXAssuming that all is occluded in the catalyst 14, NO to the catalyst 14XThe occlusion amount is NO before the time Δt has elapsed.XStorage amount and NOXFlow rate (NO in exhaust gasXContent) and the product of time Δt.
[0044]
  In this way, NO is discharged according to the ticking time.XThe amount is calculated, and it is assumed that all of this is occluded in the catalyst 14, and it is determined whether or not the storable capacity of the catalyst 14 has been reached. NO to 14XThe amount of occlusion is calculated.
[0045]
  The catalyst 14 is no longer NOXNO is occluded when it is determined that it is impossible to occludeXController 4 (FIG. 1) increases the flow rate of the fuel gas by increasing the opening degree of the excess air ratio control valve 7 to shift the excess air ratio to the rich side (outside the purification window). (Λ <1.0).
[0046]
  A conventional internal combustion engine is operated in an operating region where the storage capacity (capacity) of the catalyst is large, and in some cases, the engine load and the engine speed are changed so that the storage capacity of the catalyst is reduced. If the catalyst loses its storage capacity, the lean operation will continue and the catalyst willXNO can not be occluded, NO is not occludedXMay be exhausted to the atmosphere and the purification rate may deteriorate. Also, the catalyst NO corresponding to the engine load and engine speedXEven if the storage capacity was tabulated, it took time until the map was updated to the new map after the new driving environment.
[0047]
  To prevent it,First embodimentThen how much NOXAs the catalyst flows into the catalyst 14, it is followed from moment to moment. Now, in the internal combustion engine 100 in this operating state, substantially how much NOXIs calculated by time-integrating whether the catalyst flows into the catalyst 14. NO discharged during minute time Δt when engine load and engine speed do not fluctuateXBy integrating the amount (time integration), the NO of the catalyst 14XThe storage limit time can be estimated.
[0048]
  NOXSince the storage capacity is determined by the temperature of the catalyst 14 at that time, the remaining capacity is obtained from another table. When the remaining capacity is insufficient, the excess air ratio is changed from lean to rich, and the stored NOXIs eliminated and reduced.
[0049]
  (SecondExample)
  Second embodimentThenFirst embodimentThe oxygen sensor 8 installed in the exhaust pipe 22 on the downstream side of the catalyst 14 is used instead of the discharge amount detecting means related to the above. In summary, by determining that the output voltage of the oxygen sensor 8 has exceeded a certain threshold value, which will be described later, the timing of switching the rich air ratio λ from rich to lean is detected, and the excess air ratio λ is changed from rich to lean. Switch.
[0050]
  FIG.In the exhaust pipe 22 without the catalyst 14,It is a graph which shows the relationship between the electromotive force (output voltage) of the oxygen sensor 8 (FIG. 1), and the excess air ratio (lambda). As shown in FIG. 3, when the temperature of the oxygen sensor 8 changes, the output voltage varies even with the same excess air ratio λ.The
[0051]
  FIG. 4 shows that when the excess air ratio λ is set to a rich state where λ <1.0 (NO stored by the catalyst 14).XIt is a graph which shows the relationship between the output voltage of the oxygen sensor 8 installed in the downstream of the catalyst 14, and time. NO on catalyst 14XWhen oxygen is occluded (λ> 1.0), oxygen is occluded at the same time.XWhen desorbing (λ <1.0), oxygen is also desorbed at the same time.
[0052]
  In FIG. 4, when the output voltage of the oxygen sensor 8 exceeds a certain level, the NO from the catalyst 14XHas been completed, that is, the time for setting the excess air ratio λ to rich has ended (optimum rich end time T1) And the controller 4 determine the voltage at that time as the determination voltage V1It is defined as
[0053]
  The oxygen sensor 8 determines the determination voltage V1The excess air ratio λ is not changed at the time of detecting, and the operation is continued with the excess air ratio λ within a predetermined time (for example, 1 second), and then the excess air ratio λ is made lean (λ> 1.0). ). As shown in FIG. 4, when the predetermined time elapses, the output voltage is maximum, and this is the maximum rich voltage V2Call it. This maximum rich voltage V2Thus, it is possible to grasp how much the output voltage of the oxygen sensor 8 increases under the temperature condition.Therefore, even if the exhaust temperature changes due to fluctuations in engine load and engine speed and the temperature of the oxygen sensor 8 itself changes, NO desorbed together with oxygen X The invention according to claim 2 enables detection of the output voltage value corresponding to the amount of discharge.
[0054]
  FIG. 5 is a flowchart for determining when to switch the excess air ratio λ from rich to lean. Judgment voltage V calculated this time1Is the previous maximum rich voltage V2Is multiplied by a predetermined ratio (determination voltage ratio), and the controller 4 (calculation means) calculates by the equation (2). In other words, this maximum rich voltage V2The next judgment voltage V when switching to lean1Is calculated.
(Judgment voltage V1) = (Maximum rich voltage V2) X (judgment voltage ratio) (2)
(For example, the determination voltage ratio takes a value of 0.9 to 0.95.)
  As the electromotive force of the oxygen sensor 8 changes with temperature,NO desorbed with oxygen X Of emissionsCan be prevented from shifting.
[0055]
  (Second disclosureExample)
  When the internal combustion engine 100 is operating in a low load / low speed operation region, the amount of exhaust gas is small and the temperature of the catalyst 14 is also low, so the temperature required to regenerate the catalyst 14 is quite high. Hard to reach. However, if the ignition timing is delayed, the exhaust gas temperature becomes high. Therefore, when operating in a low load / low rotation range, the ignition timing is delayed to raise the temperature of the catalyst 14 to a reproducible temperature. As shown in FIG. 1, an exhaust temperature (catalyst temperature) is detected by a temperature sensor 13 installed in the vicinity of the catalyst 14, and the detected temperature is transmitted to the controller 4.
[0056]
  FIG. 8 is a graph showing the relationship between the engine speed of the internal combustion engine 100 and the engine load, showing the ease of regeneration of the catalyst 14. As shown in FIG. 8, the higher the engine speed Ne, the easier the regeneration, and the lower the engine speed Ne, the more difficult the regeneration. Further, the regeneration becomes easier as the engine load Pe increases, and the regeneration becomes difficult as the engine load Pe decreases.
[0057]
  Therefore, since the temperature of the catalyst 14 also varies depending on the operating state of the internal combustion engine 100, the ignition timing is retarded to such an extent that the temperature of the catalyst 14 can be raised to a temperature necessary for regeneration.
[0058]
  Here, when the internal combustion engine 100 is operating in an extremely high load / high rotation region, the amount of exhaust gas is large and the exhaust temperature is high. Therefore, it is not necessary to retard the ignition. If delayed, the catalyst 14 may be destroyed due to an excessive rise in the exhaust temperature. Accordingly, the relationship between the operation mode (the magnitude of the engine load and the magnitude of the engine speed) at which the temperature of the catalyst 14 becomes a reproducible temperature and the degree to which the ignition timing is retarded is investigated through an experiment in advance, and the table Is stored in the memory of the controller 4, and the degree of retardation of the ignition timing is determined according to this table. The temperature sensor 13, the controller 4, and a table (not shown) constitute ignition timing setting means.
[0059]
  Thus, no matter what engine load and engine speed the internal combustion engine 100 is operated at, the ignition timing is maintained so that the temperature of the catalyst 14 can be regenerated, is not deteriorated, and is not destroyed. Set.
[0060]
  (Third disclosureExample)
  First disclosureWhen it is determined by the sulfur poisoning amount detection means used in the example that the poisoning of the catalyst 14 is not progressing compared to the preset poisoning amount, regeneration is not performed and the presetting is performed. When it is determined that the poisoning is proceeding from the poisoning amount, the regeneration is performed. That is, it is determined whether or not the catalyst 14 must be regenerated until the ignition timing is delayed.
[0061]
  If the ignition timing is greatly delayed in order to regenerate the catalyst 14 and the exhaust temperature is raised too much, the components of the internal combustion engine 100 may be adversely affected by heat. Therefore, the ignition retard is performed only when both the necessity of regeneration of the catalyst 14 and the protection of the components of the internal combustion engine 100 are satisfied.
[0062]
  If possible, regeneration of the catalyst 14 is performed only during operation in a high load / high rotation range where it is not necessary to perform ignition retardation (when the catalyst 14 becomes hot). If the operation region does not reach the high load / high rotation region and the poisoning of the catalyst 14 proceeds, the boundary where regeneration is performed to the side where both the engine load and the engine speed become smaller as shown in the graph of FIG. Is moved from the boundary A to the boundary B, for example, when the operating region of the internal combustion engine 100 enters a region on the higher load side / higher rotation side than the boundary B, ignition retardation is performed, and the catalyst 14 is heated to perform regeneration. When the poisoning of the catalyst 14 progresses and the operation region of the internal combustion engine 100 is not expected to reach the boundary B region, the region is further expanded to the boundary C. When the operation region reaches the boundary C, the catalyst 14 is regenerated. Like that.
[0063]
  In this way, the catalyst 14 can be regenerated satisfactorily in the internal combustion engine 100 in which any operation is performed without raising the exhaust temperature more than necessary and impairing the durability of the internal combustion engine 100. As for the degree of ignition delay, the operating range of the internal combustion engine 100 is greatly delayed (for example, 60 degrees) in the low load / low rotation range, and is delayed (for example, 40 degrees) in the high load / high rotation range.
[0064]
  The catalyst 14 cannot be regenerated unless the temperature is higher than the temperature at the time of poisoning. For example, if it is poisoned at 600 degrees, it can be regenerated at 700 degrees, and if it is poisoned at 400 degrees, it can be reproduced at 500 degrees. Therefore, the lower the temperature, the lower the temperature during regeneration.
[0065]
  In an engine that often operates in a low load / low rotation range, the engine can be regenerated without going to a very high regeneration range. The catalyst 14 poisoned at a low temperature in the low load / low rotation region may be regenerated at a low temperature. That is, regeneration is performed at a low temperature (when the operation region is a low load / low rotation region).
[0066]
  The relationship between the engine load, the engine speed, and the degree of poisoning of the catalyst 14 when the regeneration of the catalyst 14 is executed is obtained in advance by experiments and stored in the memory of the controller 4 as a table. The controller 4 compares the pattern stored in this table with the current sulfur poisoning amount of the catalyst 14 (comparison means), and determines whether or not to execute regeneration.
[0067]
  Therefore, regeneration of the poisoned catalyst 14 in the high load / high rotation region is not performed in the low load / low rotation region, and the poisoned catalyst 14 in the low load / low rotation region does not regenerate. There is no need to perform regeneration by raising the temperature wastefully until rotation.
[0068]
  (Fourth disclosureExample)
  In general, when the excess air ratio is set to lean (λ> 1.0), the temperature of the catalyst 14 becomes low because there are few things to burn (fuel gas). Further, when the excess air ratio is set to rich (λ <1.0), the temperature of the catalyst 14 rises.
[0069]
  Assuming that the temperature of the catalyst 14 necessary for regenerating the catalyst 14 is the target regeneration temperature, when the temperature of the catalyst 14 is lower than the target regeneration temperature and is raised to reach the target regeneration temperature, the excess air ratio λ is set to Increase the frequency of setting the rich state. When the temperature of the catalyst 14 is higher than the target regeneration temperature, the frequency of setting the excess air ratio λ to be rich is reduced. Here, the target regeneration temperature is stored in the memory (storage means) of the controller 4.
[0070]
  Here, the “frequency” means that the excess air ratio λ is set by alternately repeating lean and rich, but means a relative ratio of time set to rich with respect to time set to lean. Specifically, if the rich time is 1 minute with respect to the lean time of 10 minutes, it is 1 minute with respect to 10 minutes. The above-mentioned “increasing the frequency of setting the rich state” means, for example, increasing the length of time for setting rich, such as setting the time to 1 minute to 2 minutes, or setting the time to set lean (10 minutes), for example. Shorten it to 9 minutes. This is called PWM (pulse width adjustment) control of the excess air ratio λ.
[0071]
  FIG. 9 is a flowchart for setting the temperature of the catalyst 14 to the target regeneration temperature. In FIG. 9, the controller 4 detects the excess air ratio λ by the signal transmitted from the oxygen sensor 8, detects the exhaust temperature (catalyst temperature) by the temperature sensor 13, and detects the target regeneration temperature by the controller 4 (comparing means). Compare the exhaust temperature. If there is a difference between the two, the excess air ratio λ is PID-controlled so that the exhaust temperature matches (or approaches) the target regeneration temperature, and the lean time tLIs set (lean operation time control means).
[0072]
  By performing PWM control of the excess air ratio λ in this way, the temperature of the catalyst 14 can be raised to the target regeneration temperature and regeneration can be performed. Therefore, when the catalyst 14 is regenerated, the catalyst 14 acts as a three-way catalyst. Therefore, it is not necessary to provide the oxygen sensor 9 on the upstream side of the catalyst 14, and the apparatus can be simplified.
[0073]
  (5th disclosureExample)
  FIG. 10 is a graph showing the relationship between the oxygen storage amount of the catalyst 14 and the output voltage of the oxygen sensor 8 when the excess air ratio λ is fluctuated between the inside of the purification window and the predetermined lean value (outside the purification window). It is. In FIG. 10, three patterns D, E, and F are shown.
[0074]
  Pattern D is a case where the excess air ratio λ is appropriately controlled. Pattern E is a case where the excess air ratio λ is controlled in a state shifted to the rich side. Pattern F is a case where the excess air ratio λ is controlled in a state of being shifted to the lean side.
[0075]
  When the excess air ratio λ changes from the purification window to lean in the pattern D, the output voltage of the oxygen sensor 8 records the lowest value, which is called the determination voltage.
[0076]
  In the pattern E, the minimum value of the output voltage of the oxygen sensor 8 is higher than the determination voltage because the excess air ratio λ is shifted to the rich side. In the pattern F, the minimum value of the output voltage of the oxygen sensor 8 is lower than the determination voltage because the excess air ratio λ has shifted to the lean side.
[0077]
  Since the excess air ratio can be set in the purification window by the output voltage of the oxygen sensor 8 installed on the downstream side of the catalyst 14, three-way control is performed without providing the oxygen sensor 9 on the upstream side of the catalyst 14. Can do. Therefore, since the oxygen sensor 8 is installed on the downstream side of the catalyst 14, toxic gas is purified by the catalyst 14, and only harmless exhaust gas is discharged, so that deterioration does not easily proceed, and three-way control is performed. Compared with the case where it installs in the upstream of the catalyst 14 for performing, a lifetime is extended.
[0078]
  Conventionally, when the catalyst 14 acts as an occlusion catalyst, it is necessary to install the oxygen sensor 8 on the downstream side of the catalyst 14. In order to act as a three-way catalyst, the oxygen sensor 9 further on the upstream side of the catalyst 14. It was necessary to provideFifth disclosure exampleAccording to this, only one oxygen sensor needs to be provided on the downstream side of the catalyst 14, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.
[0079]
  In FIG. 10, the excess air ratio λ is displaced from the inside of the purification window to lean (outside the purification window) by a predetermined length every predetermined time and returned to the original purification window.
[0080]
  Oxygen occlusion in the catalyst 14 reaches a limit just at the end of lean, and if the excess air ratio λ continues to be set to lean, oxygen begins to flow downstream of the catalyst 14 and the output voltage of the oxygen sensor 8 decreases. It is detected that the output voltage has dropped to a predetermined value (determination voltage), and it is detected that the oxygen storage amount of the catalyst 14 has reached the storage limit.
[0081]
  As shown in the pattern E in FIG. 10, when shifting to the rich side from the purification window, the occlusion of oxygen in the catalyst 14 does not reach the limit, so the minimum value of the output voltage of the oxygen sensor 8 becomes higher than the determination voltage. It can be detected from the difference between the output voltage value of the oxygen sensor 8 and the determination voltage that the excess air ratio λ is shifted to the rich side. Further, as shown in the pattern F, when the value deviates from the purification window toward the lean side, the output voltage value of the oxygen sensor 8 is decreased from the determination voltage, so that it is detected that the excess air ratio λ is deviated toward the lean side. be able to.
[0082]
  (Sixth disclosureExample)
  5th disclosureOnly with the configuration described in the example, it is not possible to determine how much the shift is to the rich side or the lean side. Therefore, an excess air ratio λ with respect to the engine load and the engine speed is obtained in advance by experiments, a map is created, and stored in the memory (storage means) of the controller 4.
[0083]
  FIG. 11 is a schematic diagram for setting the excess air ratio λ to a target value. When the engine load and the engine speed change, the excess air ratio λ is changed at once to the excess air ratio (load, engine speed pattern) corresponding to the changed engine load and engine speed on the map.5th disclosureMake minor corrections using the method described in the example.Sixth disclosure exampleAccording to, even if the engine load and the engine speed fluctuate,XIt is not necessary to deteriorate the purification rate.
[0084]
  (7th disclosureExample)
  Sixth disclosureThe map described in the example has individual differences for each mass-produced internal combustion engine. Therefore, in some cases, the stored content of the map does not correspond to the internal combustion engine, and the excess air ratio λ corresponding to the engine load and the engine speed may always be shifted. In order to avoid this, the map has a learning function as shown in FIG.
[0085]
  At the beginning of operation, the excess air ratio λ is set according to the data stored in the first map (FIG. 11), and then it is determined whether or not the excess air ratio λ is within the purification window. If so, the output voltage of the oxygen sensor 8 is fed back, and the relationship of the excess air ratio λ corresponding to the engine load and engine speed inherent to the internal combustion engine 100 is overwritten on the map (correction means). FIG. 12 is a map provided with a learning function in FIG.
[0086]
  A deviation of the lowest value of the output voltage of the oxygen sensor 8 from the determination voltage is obtained, and the controller 4 performs PI control so that this deviation becomes zero, and the result is reflected in the map.
[0087]
  (8th disclosureExample)
  Assuming that the thermal efficiency does not change with the value of the excess air ratio λ, when the internal combustion engine 100 performs a certain work, the fuel supplies the same amount regardless of whether the excess air ratio is lean or rich, The amount of fuel to be burned must be constant.
[0088]
  In order to make the excess air ratio λ lean, the air (oxygen) supply amount must be increased, and in order to make it rich, it is necessary to further supply fuel that does not contribute to combustion. When the excess air ratio λ is lean, it is necessary to ensure a large ratio of combustion, that is, a large volume of air with respect to the volume of fuel gas.
[0089]
  Therefore, when the excess air ratio λ is lean, a large amount of air-fuel mixture must be supplied. In order to make the excess air ratio λ rich, a small amount of fuel may be increased. However, in order to make the lean, the lean will not be made unless a large amount of air-fuel mixture is supplied, so the throttle 5 (FIG. 1) opens rapidly. (The opening degree must be increased). On the other hand, there is almost no need to open it to make it rich. It is possible to detect λ = 1.0 depending on how the throttle opening changes.
[0090]
  FIG. 13 is a graph showing the relationship between the value of the excess air ratio λ and the throttle opening. As shown in FIG. 13, when the excess air ratio λ becomes λ = 1.0 (theoretical air / fuel ratio), the throttle opening takes the minimum value, and λ <1.0 and λ Even if it is displaced to> 1.0, the throttle opening is large.
[0091]
  FIG. 14 is a flowchart of the three-way control using the change amount of the throttle opening with respect to the change amount of the excess air ratio λ. The value of the excess air ratio λ is changed by operating the mixer 3 in FIG. 1, and the operation amount of the mixer 3 is transmitted to the controller 4 via the signal line, and when the operation amount increases, the excess air ratio λ becomes lean. Becomes rich when the operation amount is reduced.
[0092]
  In this way, λ = 1.0 can be detected by the throttle opening, so three-way control (CO, HC, NO in exhaust gas) without installing an oxygen sensor.XCan be performed at the same time. Therefore, neither of the oxygen sensors 8 and 9 in FIG. 1 is required, and the apparatus can be simplified.
[0093]
  If the engine load and the engine speed are kept at a certain value or the fluctuation is small, it becomes easy to detect the time when the excess air ratio λ becomes λ = 1.0 (theoretical air-fuel ratio) by the throttle opening.
[0094]
  (9th disclosureExample)
  8th disclosureAs explained in the example, the throttle opening takes the minimum value when the excess air ratio λ is λ = 1.0. Further, the output voltage of the oxygen sensor 9 (FIG. 1) installed on the upstream side of the catalyst 14 at λ = 1.0 becomes the determination voltage. From these, when the throttle opening takes the minimum value, the output voltage of the oxygen sensor 9 becomes the determination voltage.
[0095]
  FIG. 15 is a graph showing the relationship between the excess air ratio λ, the throttle opening, and the output voltage of the oxygen sensor 9 installed on the upstream side of the catalyst 14. In FIG. 15, the graph of A shows the change in the output voltage of the oxygen sensor 9 that has not deteriorated, and the graph of B shows the change in the output voltage of the oxygen sensor 9 that has deteriorated.
[0096]
  As can be seen from the determination voltage of G and the determination voltage of H, there is a considerable difference in the determination voltage for detecting λ = 1.0 depending on whether or not the oxygen sensor 9 is deteriorated (depending on the degree of deterioration). .
[0097]
  However, even if the oxygen sensor 9 is deteriorated, if the output voltage of the deteriorated oxygen sensor 9 when λ = 1.0 can be grasped, λ = 1.0 is detected by the output voltage of the deteriorated oxygen sensor 9. can do. Therefore, the output voltage of the oxygen sensor 9 when the throttle opening becomes the minimum value is detected.
[0098]
  In this way, λ = 1.0 can be detected by the deteriorated oxygen sensor 9 without depending on the throttle opening, so that it can be accurately performed even in an operating environment in which the engine speed and the engine load tend to fluctuate. λ = 1.0 can be detected.
[0099]
【The invention's effect】
  BookAccording to the inventionNO desorbed with oxygen even if the exhaust gas temperature changes and the output voltage of the oxygen sensor fluctuates X The output voltage corresponding to the discharge amount of NO can be detected, NO X Can be detected. For this reason, the catalyst is NO X The lean operation can be switched to the rich operation when it is not possible to occlude.
[0100]
[0101]
[0102]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Book1 is a schematic diagram of an internal combustion engine embodying the invention.
[Fig. 2] NO in exhaust gasXIt is a flowchart of the procedure at the time of switching an excess air ratio so that it may not discharge | release to air | atmosphere.
[Fig. 3]In the exhaust pipe without catalyst,It is a graph which shows the relationship between the electromotive force of an oxygen sensor, and an excess air ratio.
[FIG. 4] When the excess air ratio λ is set to a rich state with λ <1.0 (NO stored by the catalyst).XIt is a graph which shows the relationship between the output voltage of the oxygen sensor installed in the downstream of the catalyst, and time at the time of desorption | elimination.
FIG. 5 is a flowchart for determining when to switch the excess air ratio λ from rich to lean.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between fluctuations in oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust pipe on the downstream side of the catalyst due to fluctuations in the excess air ratio, the amount of oxygen occluded in the catalyst, and the output voltage of the oxygen sensor 8;
Fig. 7 Excess air ratio and CO, HC and NO of catalystsXIt is a graph which shows the relationship of the purification rate.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the engine speed of the internal combustion engine and the engine load showing the ease of regeneration of the catalyst.
FIG. 9 is a flowchart for setting the temperature of the catalyst to the target regeneration temperature.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the oxygen storage amount of the catalyst and the output voltage of the oxygen sensor when the excess air ratio λ is varied between the purification window and a predetermined lean value.
FIG. 11 is a schematic diagram for setting the excess air ratio λ to a target value.
FIG. 12 is a system schematic diagram in which a learning function is provided in the map in FIG.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the value of excess air ratio λ and the throttle opening.
FIG. 14 is a flowchart of three-way control using the amount of change in throttle opening with respect to the amount of change in excess air ratio λ.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the excess air ratio λ, the throttle opening, and the output voltage of the oxygen sensor installed on the upstream side of the catalyst.
[Explanation of symbols]
1 organization
2 engine head
3 Mixer
4 Controller
5 Throttle
6 Stepping motor
7 Excess air ratio control valve
8,9 Oxygen sensor
10 Engine speed detection sensor
11 Timer
12 Engine load detection sensor
13 Temperature sensor
14 NOXStorage catalyst
100 Internal combustion engine

Claims (1)

排気通路にNO吸蔵触媒を備えかつ前記NO吸蔵触媒の下流側の排気通路内に酸素センサを設けた内燃機関において、
前記機関に空気過剰率制御手段を設け、前記酸素センサの出力電圧値を検出する検出手段を設け、空気過剰率λが、λ<1.0のリッチ状態で酸素センサの出力電圧が予め設定した空気過剰率切換時期判定電圧値に達した際に、空気過剰率をさらに所定時間だけそのまま維持し続けて前記酸素センサの出力電圧の最大値を前記検出手段で検出し、前記最大値に予め設定した係数を乗じることにより次回に空気過剰率をλ<1.0のリッチ状態に設定して吸蔵したNOを脱離・還元する際の空気過剰率切換時期判定電圧値を算出する演算手段を設け、
排気ガス温度の変動により前記酸素センサの出力電圧値が変動することにより空気過剰率の切換時期の検出精度が悪化することを防止したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an internal combustion engine provided with an oxygen sensor in the exhaust passage downstream of the provided with the NO X storage catalyst in the exhaust passage and the the NO X storage catalyst,
The engine is provided with an excess air ratio control means, a detection means for detecting the output voltage value of the oxygen sensor is provided, and the output voltage of the oxygen sensor is preset in a rich state where the excess air ratio λ is λ <1.0. When the excess air ratio switching timing determination voltage value is reached, the excess air ratio is continuously maintained for a predetermined time, and the maximum value of the output voltage of the oxygen sensor is detected by the detection means, and preset to the maximum value. a calculation means for calculating an air excess ratio switching period determination voltage value at the time of desorption and reduction of NO X which the excess air ratio was occluded by setting the rich state of the lambda <1.0 in order by multiplying the coefficient Provided,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, which prevents the detection accuracy of the switching timing of the excess air ratio from being deteriorated due to fluctuations in the output voltage value of the oxygen sensor due to fluctuations in exhaust gas temperature.
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