JP5113374B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
ここで、一般に触媒は所定の活性化温度未満では排ガスを十分浄化することができないという特性を有しており、エンジンの冷態始動時には速やかに触媒を活性化温度まで昇温させる必要がある。
しかしながら、このような制御では触媒の温度をタイマにより推定しているため、触媒の活性状態を正確に把握することができず、触媒の活性化の判定精度が低いという課題があった。なお、触媒自体に温度センサ等を直接設けることも考えられるが、このような温度センサを設けた場合にはコスト増を招くため現実な解決手段ではなかった。
また、特許文献1に開示された手法では2次エアの供給量(O2 量)を増減させているため、平均的にストイキオよりもリーンな雰囲気下における酸素吸蔵量で触媒の活性化を判定している(例えば、特許文献1の図5参照)。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、コスト増を招くことなく容易に且つ正確に触媒の活性化を判定できるようにした、内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
また、排気通路3には、排気浄化触媒としての三元触媒(以下、単に触媒と言う)6が設けられており、触媒6の上流側及び下流側のそれぞれには、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段としてのO2 センサ3a,3bが設けられている。また、図示はしないが、エンジン1には上記以外にも、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ,冷却水の温度を検出する水温センサ,アクセル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ及びアイドル運転を検出するアイドルスイッチ等の種々の公知のセンサ類が設けられている。
また、ECU20の出力ポート(図示略)には、点火プラグ7,インジェクタ8及びスロットルアクチュエータ(図2の符号9参照)が接続されており、各種センサからの情報に基づいて、点火タイミングの進角又は遅角制御、燃料噴射量制御、吸入空気量制御及び空燃比制御等が実行されるようになっている。
つまり、触媒6が未活性であれば、触媒6の上流と下流とで、排気中の成分変化はほとんど生じないため、触媒上流側の空燃比変動と下流側の空燃比変動とが略一致し、一方、触媒6が活性化すると、排気中の還元性ガス成分(CO,HC)が排気中の酸素(O2 )と反応するため、触媒下流側では排気中の酸素濃度が低下する。
なお、エンジン1の始動後に速やかに触媒6の活性化判定を精度良く実施するためには、活性化判定において有効な時間分解能が必要である。このため、リッチ空燃比とリーン空燃比との変動周波数が小さすぎると活性化判定に必要な時間が長くなり、判定精度が低下する。また、変動周波数が大きすぎると触媒入口のリーン及びリッチ時の排ガス濃度の差が緩和されて活性化判定に必要十分な変動を与えることができない。
次に、監視手段22について説明すると、この監視手段22は空燃比変動制御手段21の作動中に、上流側O2 センサ3a及び下流側O2 センサ3bからの検出情報を取り込んで、これらのセンサからの情報を監視(モニタ)するとともに、これら2つの情報を比較する手段である。
つまり、冷態始動後、触媒6の活性化が判定されると、このフィードバック制御手段24による通常運転時の空燃比制御に移行して、触媒6の昇温制御及び活性化判定が終了するようになっている。
なお、この場合、リッチ空燃比では、CO(還元剤)に対する濃度比(CO/O2 )は1.5以上に設定するのが好ましい。これは、CO/O2 濃度比が1.5以上では触媒6の活性化を早めることができるからである。
このようにして空燃比に変動を与えると、触媒6が未活性であると、図3(a),(b)に示すように、触媒6の下流側の空燃比は上流側空燃比と同様に大きく変動する。また、このように空燃比に変動を与えることで、図3(c),(d)に示すように、触媒6の入口温度及び触媒6のベッド温度が上昇して触媒6の活性化が早められる。
ここで、空燃比の振幅とはO2センサ出力値の変化(=リッチ側センサ値−リーン側センサ値)であって、換言すると、上流側O2センサ3aの出力変化よりも下流側O2センサ3bの出力変化が所定以上小さくなると(例えば70パーセント以下となると)、触媒6が活性化したと判定しているのである。
そして、このように触媒6の活性化を判定することで触媒6の温度を直接検出することなく、速やかに触媒の活性化判定を行うことができる。すなわち、図3(a),(c)に示すように、本装置による活性化判定時の触媒温度は、触媒6が活性化する温度(約350℃)と略一致しており、高い判定精度を得られることが確認できた。
したがって、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置によれば、温度センサ等のセンサ類を追加することなく、精度良く且つ速やかに触媒6の活性化判定を行うことができるという利点がある。すなわち、本実施形態にかかる排ガス浄化装置では、触媒6の上流と下流とにそれぞれリニアO2 センサ3a,3bを設けるという簡素な構成で触媒6の活性化を判定できるので、コスト増を極力抑制することができる。
なお、背景技術の欄で挙げたような技術は、あくまで酸素吸蔵量に着目しており、還元剤(CO,HC)と酸素との反応量を精度よく検出することはできないが、本装置では還元剤(CO,HC)と酸素との反応量を検出することができ、この結果高い精度で触媒6の活性化判定を実行することができる。
なお、上述では触媒6の上流側の空燃比変動の振幅A1と下流側の空燃比変動の振幅A2とに基づいて触媒6の活性化を判定しているが、触媒6の上流及び下流の空燃比変動のうち単にリーン側のセンサ値のみに着目して触媒6の活性化を判定してもよい。つまり、触媒6が活性化すると、図3(a)に示すように、O2センサ出力値のうちリーン側センサ値のみが変動しリッチ側に収束していく。このため、リーン側センサ値のみに着目しても触媒6の活性化を判定することができる。
次に、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の変形例について説明する。なお、この変形例ではハードウェア構成は上述の実施形態と同様であって、その作用のみが異なっている。したがって、以下では上述の実施形態と異なる部分について主に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。
つまり、上述した実施形態が、上流側O2 センサ3aと下流側O2 センサ3bとの出力の比較結果に基づいて触媒6の活性化を判定していたのに対し、この変形例では、下流側のO2 センサ3bの出力値のみに基づいて触媒6の活性化を判定するようになっており、この点でのみ、上述の実施形態と異なって構成されている。
なお、このようなリーン空燃比側の出力値のみで判定する以外にも、下流側O2 センサ3bから得られる出力値に基づいて、リッチ空燃比とリーン空燃比の変化(振幅)が所定値よりも小さくなったときに、触媒6が活性化したと判定するようにしてもよい。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。たとえば、本装置は触媒6の始動時以外の活性化判定や、触媒6の失活判定にも適用することができる。
2 吸気通路
3 排気通路
3a 上流側O2 センサ(上流側酸素濃度検出手段)
3b 下流側O2 センサ(下流側酸素濃度検出手段)
6 触媒(排気浄化触媒)
20 ECU(制御手段)
21 空燃比変動制御手段
22 監視手段
23 活性化判定手段
24 フィードバック制御手段
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に設けられ該内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒の下流側に設けられて該排気中の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度検出手段と、
該内燃機関の始動後に作動し、該排気浄化触媒を通過した排気の空燃比の平均値がストイキオよりもリッチとなるよう該排気浄化触媒を通過した該排気の空燃比をリーン空燃比側とリッチ空燃比側との間で強制的に変動させる空燃比変動制御手段と、
該空燃比変動制御手段の作動中に、該下流側酸素濃度検出手段からの検出情報を監視する監視手段と、
該排気中の酸素と還元性ガス成分との反応による該排気中の酸素濃度低下によって、該監視手段が監視する該下流側酸素濃度検出手段の該リーン空燃比側の検出出力が所定の空燃比よりもリッチになったら該排気浄化触媒が活性化したと判定する活性化判定手段とを有する
ことを特徴とする、内燃機関の排ガス浄化装置。 - 該排気浄化触媒の上流側に設けられて該排気中の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段と、
該上流側酸素濃度検出手段からの検出情報に基づき該内燃機関の実空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段とをそなえ、
該空燃比変動制御手段が、該フィードバック制御手段の作動開始前に作動開始する
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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