JP5867357B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP5867357B2 JP5867357B2 JP2012221944A JP2012221944A JP5867357B2 JP 5867357 B2 JP5867357 B2 JP 5867357B2 JP 2012221944 A JP2012221944 A JP 2012221944A JP 2012221944 A JP2012221944 A JP 2012221944A JP 5867357 B2 JP5867357 B2 JP 5867357B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- sensor
- constant current
- rich
- lean
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/30—Controlling by gas-analysis apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
- B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
- F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
- F02D41/1476—Biasing of the sensor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/409—Oxygen concentration cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9422—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by NOx storage or reduction by cyclic switching between lean and rich exhaust gases (LNT, NSC, NSR)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
- F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0842—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/101—Three-way catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
- F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
- F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
- F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
本発明は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒と、この触媒の下流側又は触媒の途中に設置された排出ガスセンサとを備えた内燃機関の排出ガス浄化装置に関する発明である。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, which includes an exhaust gas purification catalyst for an internal combustion engine and an exhaust gas sensor installed downstream of the catalyst or in the middle of the catalyst.
内燃機関の排出ガス浄化システムでは、例えば、特許文献1(特許第3997599号公報)に記載されているように、排気管に排出ガス浄化用の触媒(例えば三元触媒やNOX 吸蔵還元型触媒)を設置すると共に、触媒の上流側や下流側に排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する排出ガスセンサ(空燃比センサ又は酸素センサ)を設置し、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御して触媒の排出ガス浄化率を高めるようにしたものがある。 In an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, for example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3997599), an exhaust gas purification catalyst (for example, a three-way catalyst or a NO x storage reduction catalyst) is provided in an exhaust pipe. ) And an exhaust gas sensor (air-fuel ratio sensor or oxygen sensor) for detecting the air-fuel ratio or rich / lean of the exhaust gas is installed upstream and downstream of the catalyst, and the air-fuel ratio is adjusted based on the output of the exhaust gas sensor. There is a type that improves the exhaust gas purification rate of the catalyst by feedback control.
ところで、酸素センサ等の排出ガスセンサは、排出ガスの空燃比がリッチ/リーンで変化する際に、実際の空燃比の変化に対してセンサ出力の変化に遅れが生じるのが実状であり、検出応答性の点で改善の余地が残されている。 By the way, in exhaust gas sensors such as oxygen sensors, when the air-fuel ratio of exhaust gas changes between rich and lean, the actual situation is that the change in sensor output is delayed with respect to the actual change in air-fuel ratio, and the detection response There remains room for improvement in terms of sex.
そこで、例えば、特許文献2(特公平8−20414号公報)に記載されているように、酸素センサ等のガスセンサの内部に、少なくとも1つの補助電気化学電池を組み込み、この補助電気化学電池をガスセンサの一方の電極に接続して、補助電気化学電池に印加電流を与えてイオンポンピングを行うことで、印加電流に応じてガスセンサの出力特性を変化させて検出応答性を高めることができるようにしたものがある。 Therefore, for example, as described in Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 8-20414), at least one auxiliary electrochemical cell is incorporated in a gas sensor such as an oxygen sensor, and the auxiliary electrochemical cell is incorporated into the gas sensor. By connecting to one of the electrodes and applying an applied current to the auxiliary electrochemical cell to perform ion pumping, the output characteristics of the gas sensor can be changed according to the applied current to improve detection response. There is something.
また、特許文献3(特開昭56−89051号公報)に記載されているように、隔膜層、基準極電子伝導層、固体電解質層、測定極電子伝導層を積層してセンサ素子を構成した酸素センサにおいて、直流電源により供給される電流によって測定極側から基準極側に向けて酸素イオンの移動を生じさせることで、測定極側の酸素分圧を排出ガス(被検出ガス)中の酸素分圧よりも低下させて、理論空燃比よりもリーンな空燃比を検出できるようにしたものもある[図11(a)参照]。 Further, as described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 56-89051), a sensor element is configured by laminating a diaphragm layer, a reference electrode electron conduction layer, a solid electrolyte layer, and a measurement electrode electron conduction layer. In the oxygen sensor, oxygen ions are moved from the measurement electrode side to the reference electrode side by the current supplied from the DC power source, so that the oxygen partial pressure on the measurement electrode side is reduced to the oxygen in the exhaust gas (detected gas). There is also a system in which an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio can be detected by lowering the partial pressure [see FIG. 11 (a)].
内燃機関の運転状態等によって触媒に流入する排出ガスの空燃比が変化し、それに伴って触媒の下流側や触媒内の排出ガスの空燃比も変化する。しかし、上記特許文献1の排出ガス浄化システムでは、排出ガスセンサの出力特性を変化させる機能を備えていないため、触媒の下流側や触媒内の空燃比の変化に対するセンサ出力変化の遅れの影響を受けて、触媒を有効に活用できないことがあり、排気エミッションを効果的に低減することができないという問題がある。
The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst changes depending on the operating state of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst and in the catalyst also changes accordingly. However, since the exhaust gas purification system of
また、上記特許文献2では、ガスセンサの出力特性を変化させる技術が開示されているが、この技術では、ガスセンサの内部に補助電気化学電池を組み込む必要があるため、補助電気化学電池を備えていない一般的なガスセンサに対してセンサ構造を大きく変更する必要があり、実用化にあたっては、ガスセンサの設計変更が強いられたり、ガスセンサの製造コストが高くなる等の不都合が生じる。
Moreover, in the said
また、上記特許文献3の技術では、次のような問題がある。
酸素センサの出力Eは、下記の基本式(ネルンストの式)で表すことができる。
E=(R×T)/(4×F)×ln(P1 /P2 )
ここで、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fはファラデー定数、P1 は大気側(基準極側)の酸素分圧、P2 は排気側(測定極側)の酸素分圧である。
Further, the technique of Patent Document 3 has the following problems.
The output E of the oxygen sensor can be expressed by the following basic equation (Nernst equation).
E = (R * T) / (4 * F) * ln (P1 / P2)
Here, R is a gas constant, T is an absolute temperature, F is a Faraday constant, P1 is an oxygen partial pressure on the atmosphere side (reference electrode side), and P2 is an oxygen partial pressure on the exhaust side (measurement electrode side).
従って、酸素センサの出力Eを安定化させる(出力Eのばらつきを小さくする)には、基準極側の酸素濃度を安定化させて基準極側の酸素分圧P1 を安定化させることが重要である。 Therefore, in order to stabilize the output E of the oxygen sensor (to reduce variation in the output E), it is important to stabilize the oxygen partial pressure P1 on the reference electrode side by stabilizing the oxygen concentration on the reference electrode side. is there.
しかし、上記特許文献3の酸素センサは、基準極側が大気に晒されておらず、測定極側から基準極側に酸素を供給する構成となっているため、測定極側の酸素濃度の影響を受けて基準極側の酸素濃度を一定に保つことができなくなる可能性がある。例えば、触媒の下流側に酸素センサを設置した場合には、酸素センサで検出する排出ガスの酸素濃度が著しく低下することがあり、このような場合、測定極側の酸素濃度が著しく低下して、測定極側から基準極側に酸素をほとんど供給できなくなって、基準極側の酸素濃度を一定に保つことができなくなる可能性がある[図11(b)参照]。これにより、酸素センサのリッチ側の出力が不安定になって、酸素センサの検出精度が低下するという問題がある。 However, the oxygen sensor of Patent Document 3 is configured so that the reference electrode side is not exposed to the atmosphere and oxygen is supplied from the measurement electrode side to the reference electrode side. As a result, the oxygen concentration on the reference electrode side may not be kept constant. For example, when an oxygen sensor is installed on the downstream side of the catalyst, the oxygen concentration of the exhaust gas detected by the oxygen sensor may be significantly reduced. In such a case, the oxygen concentration on the measurement electrode side is significantly reduced. There is a possibility that almost no oxygen can be supplied from the measurement electrode side to the reference electrode side, and the oxygen concentration on the reference electrode side cannot be kept constant [see FIG. 11B]. As a result, the output on the rich side of the oxygen sensor becomes unstable, and there is a problem that the detection accuracy of the oxygen sensor decreases.
また、上記特許文献3の酸素センサは、測定極側から基準極側に酸素を供給するように電流を流すことで、酸素センサの出力特性線をリーン側にシフトさせることができるが、基準極側が大気に晒されておらず、基準極側から測定極側には酸素をほとんど供給できないため、酸素センサの出力特性線をほとんどリッチ側にシフトさせることができないという欠点もある[図11(c)参照]。 Further, the oxygen sensor of Patent Document 3 can shift the output characteristic line of the oxygen sensor to the lean side by flowing current so that oxygen is supplied from the measurement electrode side to the reference electrode side. Since the side is not exposed to the atmosphere and oxygen can hardly be supplied from the reference electrode side to the measurement electrode side, the output characteristic line of the oxygen sensor can hardly be shifted to the rich side [FIG. 11 (c). )reference].
そこで、本発明は、上記課題を解決することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、内燃機関(11)の排出ガス浄化用の触媒であって、該触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーンのときに該排出ガス中のNO X を吸蔵し、該触媒に流入する排出ガスの空燃比がリッチになったときに該触媒に吸蔵されているNO X を還元浄化して放出するNO X 吸蔵還元型触媒(19)と、このNO X 吸蔵還元型触媒(19)の下流側又は該NO X 吸蔵還元型触媒(19)に設置され、一対のセンサ電極(33,34)間に固体電解質体(32)が設けられると共に該一対のセンサ電極(33,34)のうちの一方のセンサ電極(34)が大気に晒されたセンサ素子(31)により排出ガス中の所定成分の濃度を検出する排出ガスセンサ(28)とを備えた内燃機関の排出ガス浄化装置において、センサ電極(33,34)間に定電流を流して排出ガスセンサ(28)の出力特性を変更する定電流供給手段(27)と、排出ガスセンサ(28)の出力特性を変更する変更要求又は内燃機関(11)の運転状態に応じてセンサ電極(33,34)間に流す定電流の向きを決定し、該決定した向きで定電流が流れるように定電流供給手段(27)を制御する電流制御手段(25)とを備え、電流制御手段(25)は、内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリーンに制御するリーン燃焼制御中には排出ガスセンサ(28)のリーン成分に対する検出応答性を高める方向に定電流が流れるように定電流供給手段(27)を制御し、内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリッチに制御するリッチ燃焼制御中には排出ガスセンサ(28)のリッチ成分に対する検出応答性を高める方向に定電流が流れるように定電流供給手段(27)を制御する構成としたものである。
In order to solve the above problem, the invention according to
この構成では、定電流供給手段によりセンサ電極間に定電流を流すことで排出ガスセンサの出力特性を変更することができる。この場合、排出ガスセンサの内部に補助電気化学電池等を組み込む必要がないため、排出ガスセンサの大幅な設計変更やコストアップを招くことなく排出ガスセンサの出力特性を変化させることができる。 In this configuration, the output characteristics of the exhaust gas sensor can be changed by causing a constant current to flow between the sensor electrodes by the constant current supply means. In this case, since it is not necessary to incorporate an auxiliary electrochemical cell or the like inside the exhaust gas sensor, the output characteristics of the exhaust gas sensor can be changed without causing a significant design change or cost increase of the exhaust gas sensor.
更に、排出ガスセンサの出力特性を変更する変更要求又は内燃機関の運転状態に応じてセンサ電極間に流す定電流の向きを決定し、該決定した向きで定電流が流れるように定電流供給手段を制御することで、内燃機関の運転状態等によってNO X 吸蔵還元型触媒に流入する排出ガスの状態が変化してNO X 吸蔵還元型触媒の下流側やNO X 吸蔵還元型触媒内の排出ガスの状態が変化しても、それに応じて排出ガスセンサの出力特性を変化させて検出応答性を高めることができる。これにより、NO X 吸蔵還元型触媒の下流側やNO X 吸蔵還元型触媒内の排出ガスの状態の変化に対するセンサ出力変化の遅れの影響をあまり受けずにNO X 吸蔵還元型触媒を有効に活用することが可能となり、排気エミッションを効果的に低減することができる。 Further, the direction of the constant current flowing between the sensor electrodes is determined according to a change request for changing the output characteristics of the exhaust gas sensor or the operating state of the internal combustion engine, and a constant current supply means is provided so that the constant current flows in the determined direction. by controlling, by the operating state of the internal combustion engine NO X storage reduction catalyst exhaust gas flowing into the state changes in the NO X occluding and reducing catalyst downstream and NO of X storage reduction catalyst the exhaust gas Even if the state changes, it is possible to improve the detection response by changing the output characteristics of the exhaust gas sensor accordingly. Utilization Thus, the the NO X storage reduction catalyst effectively without being much the delay effect of the sensor output change with respect to changes in the state of the exhaust gas on the downstream side and the NO X storage reduction type in the catalyst of the NO X occluding and reducing catalyst Thus, exhaust emission can be effectively reduced.
また、一方のセンサ電極(大気側センサ電極)が大気に晒されているため、他方のセンサ電極(排気側センサ電極)側の酸素濃度に左右されずに大気側センサ電極側の酸素濃度を常に一定(大気相当)に維持することができ、NO X 吸蔵還元型触媒の下流側に排出ガスセンサを設置した場合(つまり排出ガスセンサで検出する排出ガスの酸素濃度が著しく低下することがある場合)でも、排出ガスセンサの出力を安定化させる(出力のばらつきを小さくする)ことができる。 In addition, since one sensor electrode (atmosphere side sensor electrode) is exposed to the atmosphere, the oxygen concentration on the atmosphere side sensor electrode side is always controlled regardless of the oxygen concentration on the other sensor electrode (exhaust side sensor electrode) side. constant even (if sometimes i.e. oxygen concentration of the exhaust gas detected by the exhaust gas sensor is significantly decreased) can be maintained (atmospheric equivalent), when installed the exhaust gas sensor downstream of the NO X occluding and reducing catalyst The output of the exhaust gas sensor can be stabilized (variation in output can be reduced).
更に、排気側センサ電極側から大気側センサ電極側に酸素を供給するように電流を流すことで、排出ガスセンサの出力特性線をリーン側にシフトさせることができると共に、大気側センサ電極側から排気側センサ電極側に酸素を供給するように電流を流すことで、排出ガスセンサの出力特性線をリッチ側にシフトさせることができ、排出ガスセンサの出力特性線をリーン側とリッチ側のいずれの方向にもシフトさせることができるという利点もある。 Furthermore, by supplying an electric current so that oxygen is supplied from the exhaust side sensor electrode side to the atmosphere side sensor electrode side, the output characteristic line of the exhaust gas sensor can be shifted to the lean side, and the exhaust gas is discharged from the atmosphere side sensor electrode side. By flowing current so that oxygen is supplied to the side sensor electrode side, the output characteristic line of the exhaust gas sensor can be shifted to the rich side, and the output characteristic line of the exhaust gas sensor can be shifted to either the lean side or the rich side. There is also an advantage that can be shifted.
本発明は、NOX 吸蔵還元型触媒の下流側又はNOX 吸蔵還元型触媒に排出ガスセンサを設置したシステムにおいて、内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリーンに制御するリーン燃焼制御中には排出ガスセンサ(28)のリーン成分に対する検出応答性を高める方向に定電流が流れるように定電流供給手段(27)を制御し、内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリッチに制御するリッチ燃焼制御中には排出ガスセンサ(28)のリッチ成分に対する検出応答性を高める方向に定電流が流れるように定電流供給手段(27)を制御するようにしている。 The present invention provides a system installed exhaust gas sensor on the downstream side or the NO X storage reduction catalyst of the NO X occluding and reducing catalyst, the lean combustion control for controlling the air-fuel ratio of a mixture supplied to the internal combustion engine (11) to lean The constant current supply means (27) is controlled so that the constant current flows in a direction to increase the detection response to the lean component of the exhaust gas sensor (28), and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (11) is controlled. during the rich combustion control to control the rich so as to control the constant current supply means so constant current flows in a direction to increase the detection responsiveness to the rich component of the exhaust gas sensor (28) (27).
リーン燃焼制御中は、NOX 吸蔵還元型触媒に流入する排出ガスの空燃比がリーンになって、排出ガス中のNOX (リーン成分)がNOX 吸蔵還元型触媒に吸蔵されるが、NOX 吸蔵還元型触媒のNOX 吸蔵量が多くなると、排出ガス中のNOX がNOX 吸蔵還元型触媒を通過してNOX 吸蔵還元型触媒の下流側に排出されるようになる。このため、リーン燃焼制御中に排出ガスセンサのリーン応答性(リーン成分に対する検出応答性)を高めるようにすれば、リーン燃焼制御中にNOX 吸蔵還元型触媒のNOX 吸蔵量が多くなって、NOX 吸蔵還元型触媒の下流側にNOX (リーン成分)が排出される状態になったときに、その状態を排出ガスセンサで早期に検出することができる。これにより、リーン燃焼制御の開始後にNOX 吸蔵還元型触媒の下流側にNOX が排出される状態になったときに、リーン燃焼制御を早期に停止することができ、NOX の排出量を低減することができる。 During lean combustion control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst becomes lean, and NO X (lean component) in the exhaust gas is stored in the NO X storage reduction catalyst. When the NO X storage amount of X storage reduction catalyst increases, so NO X in the exhaust gas is discharged to the downstream side of the NO X storage reduction catalyst through the the NO X storage reduction catalyst. Thus, if to increase the lean responsiveness of the exhaust gas sensor during the lean combustion control (detection responsiveness to a lean component), an increasing number of the NO X storage amount of the NO X occluding and reducing catalyst during the lean combustion control, when NO X (the lean component) is ready to be discharged to the downstream side of the NO X occluding and reducing catalyst, it is possible to detect at an early stage that state in the exhaust gas sensor. As a result, the lean combustion control can be stopped early when NO X is discharged downstream of the NO X storage reduction catalyst after the start of the lean combustion control, and the NO X emission amount is reduced. Can be reduced.
リッチ燃焼制御中は、NOX 吸蔵還元型触媒に流入する排出ガスの空燃比がリッチになって、NOX 吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOX が排出ガス中のHCやCO(リッチ成分)によって還元浄化されて放出されるが、NOX 吸蔵還元型触媒のNOX 吸蔵量が少なくなると、排出ガス中のHCやCOがNOX 吸蔵還元型触媒を通過してNOX 吸蔵還元型触媒の下流側に排出されるようになる。このため、リッチ燃焼制御中に排出ガスセンサのリッチ応答性(リッチ成分に対する検出応答性)を高めるようにすれば、リッチ燃焼制御中にNOX 吸蔵還元型触媒のNOX 吸蔵量が少なくなって、NOX 吸蔵還元型触媒の下流側にHCやCO(リッチ成分)が排出される状態になったときに、その状態を排出ガスセンサで早期に検出することができる。これにより、リッチ燃焼制御の開始後にNOX 吸蔵還元型触媒の下流側にHCやCOが排出される状態になったときに、リッチ燃焼制御を早期に停止することができ、HCやCOの排出量を低減することができる。 During the rich combustion control is, NO X occluding air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic reduction catalyst becomes rich, NO X HC and CO (rich components of storage reduction catalyst NO X which is stored in the in the exhaust gas ) by it is released is reduced and purified, the NO X storage reduction type when the NO X storage amount of the catalyst is reduced, the NO X storage reduction catalyst HC and CO in the exhaust gas passes through the the NO X storage reduction catalyst It is discharged to the downstream side. Thus, if to increase the rich responsiveness of the exhaust gas sensor during the rich combustion control (detection responsiveness to rich components), is less the NO X storage amount of the NO X occluding and reducing catalyst during the rich combustion control, When HC and CO (rich components) are exhausted downstream of the NO x storage reduction catalyst, the state can be detected early by the exhaust gas sensor. Thus, when the state in which HC and CO is discharged to the downstream side of the NO X occluding and reducing catalyst after the start of the rich combustion control, it is possible to stop the rich combustion control early discharge of HC and CO The amount can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態を具体化した実施例1と本発明に関連する参考例としての実施例2を説明する。
Hereinafter, an
本発明の実施例1を図1乃至図10に基づいて説明する。
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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG.
内燃機関であるエンジン11の吸気管12には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ13と、このスロットルバルブ13の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ14とが設けられている。また、エンジン11の各気筒毎に、それぞれ筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁15が取り付けられ、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ16が取り付けられている。各点火プラグ16の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
An
一方、エンジン11の排気管17には、排出ガス中のCO,HC,NOX 等を浄化する三元触媒18が設けられ、この三元触媒18の下流側に、NOX 吸蔵還元型触媒19が設けられている。このNOX 吸蔵還元型触媒19は、触媒19に流入する排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のNOX を吸蔵し、触媒19に流入する排出ガスの空燃比がリッチになったときに触媒19に吸蔵されているNOX を還元浄化して放出する特性を持っている。
On the other hand, the
また、三元触媒18の上流側と下流側には、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する排出ガスセンサ20,21が設置されている。これらの排出ガスセンサ20,21としては、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空燃比センサ(リニアA/Fセンサ)又は排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ(O2 センサ)が用いられる。更に、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ28(O2 センサ)が排出ガスセンサとして設置されている。
Further,
また、本システムには、エンジン11のクランク軸(図示せず)が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ22や、エンジン11の吸入空気量を検出する空気量センサ23や、エンジン11の冷却水温を検出する冷却水温センサ24等の各種のセンサが設けられている。クランク角センサ22の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
In addition, this system includes a
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット(以下「ECU」と表記する)25に入力される。このECU25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)に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度(吸入空気量)等を制御する。
Outputs of these various sensors are input to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 25. The
次に、図2に基づいて酸素センサ28の構成を説明する。
酸素センサ28は、コップ型構造のセンサ素子31を有しており、実際には当該センサ素子31は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン11の排気管17内に配設されている。
Next, the configuration of the
The
センサ素子31において、固体電解質層32(固体電解質体)は、断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極層33が設けられ、内表面には大気側電極層34が設けられている。固体電解質層32は、ZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi2 O3 等にCaO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層33,34は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの電極層33,34が一対の対向電極(センサ電極)となっている。固体電解質層32にて囲まれる内部空間は大気室35となっており、その大気室35内にはヒータ36が収容されている。このヒータ36は、センサ素子31を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子31全体が加熱される。酸素センサ28の活性温度は、例えば350〜400℃程度である。尚、大気室35は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持され、大気側電極層34が大気室35内の大気に晒されている。
In the
センサ素子31では、固体電解質層32の外側(電極層33側)が排気雰囲気、固体電解質層32の内側(電極層34側)が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差(酸素分圧の差)に応じて電極層33,34間で起電力が発生する。つまり、センサ素子31では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、酸素センサ28は、排出ガスの酸素濃度(すなわち空燃比)に応じた起電力信号を出力する。
In the
図3に示すように、センサ素子31は、空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ=1)に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比(空気過剰率λ=1)付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、燃料リッチ時のセンサ起電力は約0.9Vであり、燃料リーン時のセンサ起電力は約0Vである。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、センサ素子31の排気側電極層33は接地され、大気側電極層34にはマイコン26が接続されている。排出ガスの空燃比(酸素濃度)に応じてセンサ素子31にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン26に対して出力される。マイコン26は、例えばECU25内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。尚、マイコン26は、上述した各種センサの検出結果に基づいてエンジン回転速度や吸入空気量を算出するようにしても良い。
As shown in FIG. 2, the exhaust-
ところで、エンジン11の運転時には、排出ガスの実空燃比が逐次変化し、例えばリッチとリーンとで繰り返し変化することがある。こうした実空燃比の変化に際し、酸素センサ28の検出応答性が低いと、それに起因してエンジン性能に影響が及ぶことが懸念される。例えば、エンジン11の高負荷運転時において排出ガス中のNOX 量が意図よりも増えてしまう等が生じる。
By the way, when the
実空燃比がリッチとリーンとで変化する際の酸素センサ28の検出応答性について説明する。エンジン11から排出される排出ガスにおいて実空燃比(NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側の実空燃比)がリッチ/リーンで変化する際には排出ガスの成分組成が変わる。このとき、その変化の直前における排出ガス成分の残留により、変化後の空燃比に対する酸素センサ28の出力変化(すなわちセンサ出力の応答性)が遅くなる。具体的には、リッチからリーンへの変化時には、図4(a)に示すように、リーン変化直後にリッチ成分であるHC等が排気側電極層33付近に残留し、このリッチ成分により、センサ電極でのリーン成分(NOX 等)の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ28としてリーン出力の応答性が低下する。また、リーンからリッチへの変化時には、図4(b)に示すように、リッチ変化直後にリーン成分であるNOX 等が排気側電極層33付近に残留し、このリーン成分により、センサ電極でのリッチ成分(HC等)の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ28としてリッチ出力の応答性が低下する。
The detection response of the
酸素センサ28の出力変化を図5のタイムチャートで説明する。図5において、実空燃比がリッチ及びリーンで変化すると、その実空燃比の変化に応じてセンサ出力(酸素センサ28の出力)がリッチガス検出値(0.9V)とリーンガス検出値(0V)とで変化する。但し、この場合、実空燃比の変化に対してセンサ出力は遅れを伴い変化する。図5では、リッチ→リーンの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がTD1の遅れで変化し、リーン→リッチの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がTD2の遅れで変化するようになっている。
The output change of the
そこで、本実施例1では、図2に示すように、大気側電極層34に定電流供給手段としての定電流回路27を接続し、その定電流回路27による定電流Icsの供給をマイコン26により制御して、一対のセンサ電極間(排気側電極層33と大気側電極層34との間)に所定方向で電流を流すことで、酸素センサ28の出力特性を変更して検出応答性を変化させるようにしている。この場合、マイコン26は、一対のセンサ電極間に流れる定電流Icsの向きと量とを設定し、その設定した定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, a constant
詳しくは、定電流回路27は、大気側電極層34に対して、正逆両方向いずれかの向きで定電流Icsを供給するものであり、更にその定電流量を可変に調整できるものである。つまり、マイコン26は、PWM制御により定電流Icsを可変に制御する。この場合、定電流回路27では、マイコン26から出力されるデューティ信号に応じて定電流Icsが調整され、その電流量調整された定電流Icsがセンサ電極間(排気側電極層33と大気側電極層34との間)に流れることとなる。
Specifically, the constant
尚、本実施例では、排気側電極層33→大気側電極層34の向きに流れる定電流Icsを負の定電流(−Ics)、大気側電極層34→排気側電極層33の向きに流れる定電流Icsを正の定電流(+Ics)としている。
In this embodiment, the constant current Ics that flows in the direction from the exhaust
例えば、リッチからリーンへの変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合には、図6(a)に示すように、固体電解質層32内を通じて大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給されるように定電流Ics(負の定電流Ics)が流される。この場合、大気側から排気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層33の周囲に存在(残留)しているリッチ成分(HC)について酸化反応が促進され、それに伴いリッチ成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層33においてリーン成分(NOX )が反応しやすくなり、結果として酸素センサ28のリーン出力の応答性が向上する。
For example, in order to increase the detection response (lean sensitivity) at the time of change from rich to lean, as shown in FIG. 6A, the atmosphere
また、リーンからリッチへの変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合には、図6(b)に示すように、固体電解質層32内を通じて排気側電極層33から大気側電極層34に酸素が供給されるように定電流Ics(正の定電流Ics)が流される。この場合、排気側から大気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層33の周囲に存在(残留)しているリーン成分(NOX )について還元反応が促進され、それに伴いリーン成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層33においてリッチ成分(HC)が反応しやすくなり、結果として酸素センサ28のリッチ出力の応答性が向上する。
Further, in the case where the detection responsiveness (rich sensitivity) at the time of change from lean to rich is increased, as shown in FIG. 6B, the exhaust-
図7は、リーン変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合、及びリッチ変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合における酸素センサ28の出力特性(起電力特性)を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing output characteristics (electromotive force characteristics) of the
リーン変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合において、上記のとおり固体電解質層32内を通じて大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給されるように負の定電流Icsが流されると(図6(a)参照)、図7の(a)に示すように、出力特性線がリッチ側にシフトする(より詳細には、リッチ側かつ起電力減少側にシフトする)。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリッチ域にあってもセンサ出力がリーン出力となる。これは、酸素センサ28の出力特性として、リーン変化時の検出応答性(リーン感度)が高められていることを意味する。
In the case of increasing the detection responsiveness (lean sensitivity) at the time of lean change, the negative constant current Ics is set so that oxygen is supplied from the atmosphere-
また、リッチ変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合において、上記のとおり固体電解質層32内を通じて排気側電極層33から大気側電極層34に酸素が供給されるように正の定電流Icsが流されると(図6(b)参照)、図7の(b)に示すように、出力特性線がリーン側にシフトする(より詳細には、リーン側かつ起電力増加側にシフトする)。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリーン域にあってもセンサ出力がリッチ出力となる。これは、酸素センサ28の出力特性として、リッチ変化時の検出応答性(リッチ感度)が高められていることを意味する。
Further, in the case where the detection responsiveness (rich sensitivity) at the time of rich change is enhanced, a positive constant current is supplied so that oxygen is supplied from the exhaust-
本実施例1では、ECU25(又はマイコン26)により後述する図9の触媒活用制御ルーチンを実行することで、エンジン11の運転状態に応じてセンサ電極間(排気側電極層33と大気側電極層34との間)に流す定電流Icsの向きを決定し、該決定した向きで定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。これにより、エンジン11の運転状態によってNOX 吸蔵還元型触媒19に流入する排出ガスの状態が変化してNOX 吸蔵還元型触媒19の下流側の排出ガスの状態が変化しても、それに応じて酸素センサ28の出力特性を変化させて検出応答性を高めることができる。
In the first embodiment, the ECU 25 (or the microcomputer 26) executes a catalyst utilization control routine of FIG. 9 to be described later, so that the sensor electrodes (exhaust-
具体的には、図8のタイムチャートに示すように、エンジン運転中に所定のリーン運転実行条件が成立しているときには、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比(λ=1)よりもリーンに制御してリーン燃焼させるリーン燃焼制御を実行する。このリーン燃焼制御中に酸素センサ28の出力が所定のリーン判定閾値(例えば0.45V)以下になった時点t1 で、NOX 吸蔵還元型触媒28の下流側にNOX (リーン成分)が排出され始めたと判断して、リーン燃焼制御を停止して、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比(λ=1)よりもリッチに制御してリッチ燃焼させるリッチ燃焼制御を実行する。このリッチ燃焼制御中に酸素センサ28の出力が所定のリッチ判定閾値(例えば0.45V)以上になった時点t2 で、NOX 吸蔵還元型触媒28の下流側にHCやCO(リッチ成分)が排出され始めたと判断して、リッチ燃焼制御を停止して、リーン燃焼制御を実行する。このようにして、リーン燃焼制御とリッチ燃焼制御とを交互に実行する。
Specifically, as shown in the time chart of FIG. 8, when a predetermined lean operation execution condition is satisfied during engine operation, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the
その際、リーン燃焼制御中には、酸素センサ28のリーン感度を高めてリーン応答性(リーン成分に対する検出応答性)を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。この場合、大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給される向きで定電流Ics(負の定電流Ics)が流れるように定電流回路27を制御する。一方、リッチ燃焼制御中には、酸素センサ28のリッチ感度を高めてリッチ応答性(リッチ成分に対する検出応答性)を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。この場合、排気側電極層33から大気側電極層34に酸素が供給される向きで定電流Ics(正の定電流Ics)が流れるように定電流回路27を制御する。
At that time, during the lean combustion control, the constant
リーン燃焼制御中は、NOX 吸蔵還元型触媒19に流入する排出ガスの空燃比がリーンになって、排出ガス中のNOX (リーン成分)がNOX 吸蔵還元型触媒19に吸蔵されるが、NOX 吸蔵還元型触媒19のNOX 吸蔵量が多くなると、排出ガス中のNOX がNOX 吸蔵還元型触媒19を通過してNOX 吸蔵還元型触媒19の下流側に排出されるようになる。このため、リーン燃焼制御中に酸素センサ28のリーン応答性(リーン成分に対する検出応答性)を高めるようにすれば、リーン燃焼制御中にNOX 吸蔵還元型触媒19のNOX 吸蔵量が多くなって、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にNOX (リーン成分)が排出される状態になったときに、その状態を酸素センサ28で早期に検出することができる。これにより、リーン燃焼制御の開始後にNOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にNOX が排出される状態になったときに、リーン燃焼制御を早期に停止することができ、従来のセンサ出力特性を変化させる機能を備えていないシステム(図8の破線参照)に比べて、NOX の排出量を低減することができる。
During lean combustion control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X
一方、リッチ燃焼制御中は、NOX 吸蔵還元型触媒19に流入する排出ガスの空燃比がリッチになって、NOX 吸蔵還元型触媒19に吸蔵されているNOX が排出ガス中のHCやCO(リッチ成分)によって還元浄化されて放出されるが、NOX 吸蔵還元型触媒19のNOX 吸蔵量が少なくなると、排出ガス中のHCやCOがNOX 吸蔵還元型触媒19を通過してNOX 吸蔵還元型触媒19の下流側に排出されるようになる。このため、リッチ燃焼制御中に酸素センサ28のリッチ応答性(リッチ成分に対する検出応答性)を高めるようにすれば、リッチ燃焼制御中にNOX 吸蔵還元型触媒19のNOX 吸蔵量が少なくなって、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にHCやCO(リッチ成分)が排出される状態になったときに、その状態を酸素センサ28で早期に検出することができる。これにより、リッチ燃焼制御の開始後にNOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にHCやCOが排出される状態になったときに、リッチ燃焼制御を早期に停止することができ、従来のセンサ出力特性を変化させる機能を備えていないシステム(図8の破線参照)に比べて、HCやCOの排出量を低減することができる。
On the other hand, during the rich combustion control is, NO X air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the occlusion-
以下、本実施例1でECU25(又はマイコン26)が実行する図9の触媒活用制御ルーチンの処理内容を説明する。 Hereinafter, the processing content of the catalyst utilization control routine of FIG. 9 executed by the ECU 25 (or the microcomputer 26) in the first embodiment will be described.
図9に示す触媒活用制御ルーチンは、ECU25の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう電流制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、リーン運転実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、リーン運転実行条件は、例えば、次の(1) 〜(3) の条件を全て満たすことである。
The catalyst utilization control routine shown in FIG. 9 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the
(1) エンジン11の冷却水温が所定温度以上であること
(2) NOX 吸蔵還元型触媒19が活性状態であること(例えば、触媒19の推定温度又は検出温度が活性温度以上であること、或は、エンジン始動後の経過時間が所定時間以上であること)
(3) システムの各部(例えば燃料系や排気系等)に異常がないこと
(1) The cooling water temperature of the
(2) The NO X
(3) There is no abnormality in each part of the system (for example, fuel system and exhaust system)
これら(1) 〜(3) の条件を全て満たせば、リーン運転実行条件が成立するが、上記(1) 〜(3) の条件のうちのいずれか1つでも満たさない条件があれば、リーン運転実行条件が不成立となる。 If all the conditions (1) to (3) are satisfied, the lean operation execution condition is satisfied. If any one of the conditions (1) to (3) is not satisfied, the lean operation execution condition is satisfied. The operation execution condition is not satisfied.
このステップ101で、リーン運転実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ102〜108の処理を繰り返し実行する。まず、ステップ102に進み、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比(λ=1)よりもリーンに制御してリーン燃焼させるリーン燃焼制御を実行する。
If it is determined in
この後、ステップ103に進み、リーン燃焼制御中は、酸素センサ28のリーン応答性を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。つまり、大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給される向きで定電流Ics(負の定電流Ics)が流れるように定電流回路27を制御する。これにより、酸素センサ28のリーン応答性が高められる。
Thereafter, the routine proceeds to step 103, and during the lean combustion control, the constant
この後、ステップ104に進み、酸素センサ28の出力がリーン判定閾値(例えば0.45V)以下であるか否かを判定し、酸素センサ28の出力がリーン判定閾値よりも高いと判定された場合には、上記ステップ102に戻り、リーン燃焼制御を継続すると共に、酸素センサ28のリーン応答性を高める制御を継続する(ステップ102,103)。
Thereafter, the process proceeds to step 104, where it is determined whether or not the output of the
その後、上記ステップ104で、酸素センサ28の出力がリーン判定閾値以下であると判定された時点で、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にNOX (リーン成分)が排出され始めたと判断して、ステップ105に進み、リーン燃焼制御を停止して、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比(λ=1)よりもリッチに制御してリッチ燃焼させるリッチ燃焼制御を実行する。
Thereafter, when it is determined in
この後、ステップ106に進み、リッチ燃焼制御中は、酸素センサ28のリッチ応答性を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御する。つまり、排気側電極層33から大気側電極層34に酸素が供給される向きで定電流Ics(正の定電流Ics)が流れるように定電流回路27を制御する。これにより、酸素センサ28のリッチ応答性が高められる。
Thereafter, the routine proceeds to step 106, and during the rich combustion control, the constant
この後、ステップ107に進み、酸素センサ28の出力がリッチ判定閾値(例えば0.45V)以上であるか否かによって、酸素センサ28の出力がリッチ判定閾値よりも低いと判定された場合には、上記ステップ105に戻り、リッチ燃焼制御を継続すると共に、酸素センサ28のリッチ応答性を高める制御を継続する(ステップ105,106)。
Thereafter, the process proceeds to step 107, and when it is determined that the output of the
その後、上記ステップ107で、酸素センサ28の出力がリッチ判定閾値以上であると判定された時点で、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にHCやCO(リッチ成分)が排出され始めたと判断して、ステップ108に進み、リッチ燃焼制御を停止する。
Thereafter, when it is determined in
一方、上記ステップ101で、リーン運転実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ109に進み、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比(ストイキ)に制御してストイキ燃焼させるストイキ燃焼制御を実行する。この後、ステップ110に進み、酸素センサ28の検出応答性を基準応答性に対して変更しない制御、すなわち定電流Ics=0とする制御を実施する。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した本実施例1では、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側に酸素センサ28を設置したシステムにおいて、酸素センサ28の外部に設けた定電流回路27によりセンサ電極間に定電流を流すことで、オンボードで酸素センサ28の出力特性を変更してリーン応答性やリッチ応答性を高めることができる。しかも、酸素センサ28の内部に補助電気化学電池等を組み込む必要がないため、酸素センサ28の大幅な設計変更やコストアップを招くことなく酸素センサ28の出力特性を変化させることができる。
In the first embodiment described above, in the system in which the
更に、リーン燃焼制御中には、酸素センサ28のリーン応答性を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御するようにしたので、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にNOX (リーン成分)が排出される状態になったときに、その状態を酸素センサ28で早期に検出して、リーン燃焼制御を早期に停止することができ、NOX の排出量を低減することができる。一方、リッチ燃焼制御中には、酸素センサ28のリッチ応答性を高める方向に定電流Icsが流れるように定電流回路27を制御するようにしたので、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側にHCやCO(リッチ成分)が排出される状態になったときに、その状態を酸素センサ28で早期に検出して、リッチ燃焼制御を早期に停止することができ、HCやCOの排出量を低減することができる。これにより、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側の排出ガスの状態の変化に対するセンサ出力変化の遅れの影響をあまり受けずにNOX 吸蔵還元型触媒19を有効に活用することが可能となり、排気エミッションを効果的に低減することができる。
Further, during the lean combustion control, the constant
ところで、酸素センサ28の出力Eは、下記の基本式(ネルンストの式)で表すことができる。
E=(R×T)/(4×F)×ln(P1 /P2 )
ここで、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fはファラデー定数、P1 は大気側電極層34側の酸素分圧、P2 は排気側電極層33側の酸素分圧である。
Incidentally, the output E of the
E = (R * T) / (4 * F) * ln (P1 / P2)
Here, R is a gas constant, T is an absolute temperature, F is a Faraday constant, P1 is an oxygen partial pressure on the atmosphere
従って、酸素センサ28の出力Eを安定化させる(出力Eのばらつきを小さくする)には、大気側電極層34側の酸素濃度を安定化させて大気側電極層34側の酸素分圧P1 を安定化させることが重要である。
Therefore, in order to stabilize the output E of the oxygen sensor 28 (to reduce the variation in the output E), the oxygen concentration on the atmosphere
その点、本実施例1の酸素センサ28は、図10に示すように、大気側電極層34が大気に晒されているため、排気側電極層33側の酸素濃度に左右されずに大気側電極層34側の酸素濃度を常に一定(大気相当)に維持することができ、触媒19の下流側に酸素センサ28を設置した場合(つまり酸素センサ28で検出する排出ガスの酸素濃度が著しく低下することがある場合)でも、酸素センサ28の出力を安定化させる(出力のばらつきを小さくする)ことができる。
In that respect, as shown in FIG. 10, the
更に、排気側電極層33側から大気側電極層34側に酸素を供給するように電流を流すことで、酸素センサ28の出力特性線をリーン側にシフトさせることができると共に、大気側電極層34側から排気側電極層33側に酸素を供給するように電流を流すことで、酸素センサ28の出力特性線をリッチ側にシフトさせることができ、酸素センサ28の出力特性線をリーン側とリッチ側のいずれの方向にもシフトさせることができるという利点もある。
Furthermore, by supplying a current so as to supply oxygen from the exhaust
尚、上記実施例1では、NOX 吸蔵還元型触媒19の下流側に酸素センサ28を設置した構成としたが、NOX 吸蔵還元型触媒19の中の位置(例えば触媒19の入口と出口の中間位置)に酸素センサ28を設置した構成としても良い。
In the first embodiment, a configuration was installed
次に、図12及び図13を用いて本発明に関連する参考例としての実施例2を説明する。但し、前記実施例1と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例1と異なる部分について説明する。 Next, a second embodiment as a reference example related to the present invention will be described with reference to FIGS. However, description of substantially the same parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified, and different parts from the first embodiment will be mainly described.
本実施例2では、図12に示すように、三元触媒18の下流側にも、排出ガス中のCO,HC,NOX 等を浄化する三元触媒37が設けられている。また、三元触媒18の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する排出ガスセンサ20(空燃比センサ又は酸素センサ)が設置され、三元触媒18の下流側(三元触媒18と三元触媒37との間)には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ28が設置されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 12, a three-
更に、本実施例2では、ECU25(又はマイコン26)により後述する図13のセンサ応答性制御ルーチンを実行する。 Furthermore, in the second embodiment, a sensor responsiveness control routine of FIG. 13 described later is executed by the ECU 25 (or the microcomputer 26).
図13に示すセンサ応答性制御ルーチンは、ECU25の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンでは、ステップ201〜203で、酸素センサ28の検出応答性を変更するための変更要求の有無を判定し、ステップ204〜207で、変更要求の判定結果に基づいて定電流制御を実施して、酸素センサ28の検出応答性を変更する。
The sensor responsiveness control routine shown in FIG. 13 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、エンジン11が始動時等の冷間状態にあるか否かを、例えば、次の(1) 〜(3) の条件のうちのいずれか1つを満たすか否かによって判定する。
When this routine is started, first, at
(1) エンジン11の冷却水温が所定温度以下であること
(2) エンジン11の油温(潤滑油の温度)が所定温度以下であること
(3) 燃料経路内の燃料温度が所定温度以下であること
(1) The coolant temperature of the
(2) The oil temperature (lubricating oil temperature) of the
(3) The fuel temperature in the fuel path is below the specified temperature.
このステップ201で、エンジン11が冷間状態にあると判定された場合には、リッチ応答性(リッチ変化時の検出応答性)を高める変更要求が有ると判定する。この場合、ステップ204に進み、リッチ応答性を高める変更要求に基づいて定電流Icsの供給を制御する。具体的には、定電流回路27の定電流として「正の定電流Ics」を設定する。このとき、マイコン26により定電流回路27が制御され、排気側電極層33から大気側電極層34に酸素が供給される向きで定電流Ics(正の定電流Ics)が流れることとなる。これにより、エンジン11が冷間状態にある場合において酸素センサ28のリッチ応答性が高められる。尚、定電流量は予め定められた所定値であると良い。
If it is determined in
一方、上記ステップ201で、エンジン11が冷間状態にないと判定された場合には、ステップ202に進み、エンジン11が高負荷運転状態になっているか否かを、例えば、次の(4) 〜(6) の条件のうちのいずれか1つを満たすか否かによって判定する。
On the other hand, when it is determined in
(4) 気筒内への充填空気量が所定量以上であること
(5) 気筒内での燃焼圧が所定値以上であること
(6) アクセル開度が所定値以上であること
(4) The amount of air charged into the cylinder is greater than or equal to the specified amount
(5) Combustion pressure in the cylinder is above a specified value
(6) The accelerator opening must be greater than or equal to the specified value.
このステップ202で、エンジン11が高負荷運転状態になっていると判定された場合には、リーン応答性(リーン変化時の検出応答性)を高める変更要求が有ると判定する。この場合、ステップ205に進み、リーン応答性を高める変更要求に基づいて定電流Icsの供給を制御する。具体的には、定電流回路27の定電流として「負の定電流Ics」を設定する。このとき、マイコン26により定電流回路27が制御され、大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給される向きで定電流Ics(負の定電流Ics)が流れることとなる。これにより、エンジン11が高負荷運転状態になっている場合において酸素センサ28のリーン応答性が高められる。尚、定電流量は予め定められた所定値であると良い。
If it is determined in
ここで、上記の高負荷運転時を想定すると、その高負荷運転期間には、エンジン負荷が増加側に変化する過渡時と、その負荷増加により高負荷となっている高負荷定常時とが含まれる。この場合、過渡時及び高負荷定常時には、いずれもリーン応答性が高められるが、その検出応答性を高めるにあたって、過渡時と高負荷定常時とで、検出応答性として要求される応答性レベルを相違させるようにすると良い。 Here, assuming the above-described high load operation, the high load operation period includes a transient time when the engine load changes to an increasing side and a high load steady time when the load increases due to the load increase. It is. In this case, both the transient response and the high load steady state can improve the lean response, but in order to increase the detection response, the response level required as the detection response is required for the transient and high load steady state. It is better to make them different.
具体的には、過渡時の応答性レベルを高負荷定常時の応答性レベルよりも高応答とする。つまり、エンジン11が高負荷運転状態になっていると判定された場合には、更に、過渡時か又は高負荷定常時かを判定する。過渡時であると判定されることは、リーン応答性を高めつつも、その応答性レベルを比較的大きくする(高負荷定常時よりも大きくする)との変更要求が有ると判定されることに相当し、高負荷定常時であると判定されることは、リーン応答性を高めつつ、その応答性レベルを比較的小さくする(過渡時よりも小さくする)との変更要求が有ると判定されることに相当する。そして、過渡時である場合と、高負荷定常時である場合のそれぞれにおいて、その変更要求に基づいて定電流Icsの供給を制御する。
Specifically, the response level at the time of transition is set to be higher than the response level at the time of steady high load. That is, when it is determined that the
一方、上記ステップ202で、エンジン11が高負荷運転状態ではないと判定された場合には、ステップ203に進み、現時点が燃料カットから燃料噴射への復帰直後であって、両触媒18,37の中立化のためのリッチ噴射制御が実施されているか否かを判定する。このリッチ噴射制御は、エンジン11の燃料カットからの復帰時において、酸素センサ28の検出結果に基づいて、両触媒18,37の酸素過多の状態(極リーンの雰囲気)を解消すべく空燃比を一時的にリッチ化する空燃比制御である。このリッチ噴射制御では、燃料噴射量のリッチ化により両触媒18,37の雰囲気が中立化される(ストイキ付近で保持される状態とされる)。そして、燃料カットからの復帰後において酸素センサ28の出力がリーン値からリッチ値に移行したタイミングで、そのリッチ噴射制御が終了される。本実施例では、このリッチ噴射制御を実施する場合に、リッチ変化時の検出応答性を低めることとしている。
On the other hand, at
このステップ203で、リッチ噴射制御が実施されていると判定された場合には、リッチ応答性(リッチ変化時の検出応答性)を低める変更要求が有ると判定する。この場合、ステップ206に進み、リッチ応答性を低める変更要求に基づいて定電流Icsの供給を制御する。具体的には、定電流回路27の定電流として「負の定電流Ics」を設定する(リーン応答性を高める場合と同じ)。このとき、マイコン26により定電流回路27が制御され、大気側電極層34から排気側電極層33に酸素が供給される向きで定電流Ics(負の定電流Ics)が流れることとなる。これにより、リッチ噴射制御を実施する場合においてリッチ応答性が低められる。尚、定電流量は予め定められた所定値であると良い。
If it is determined in
また、上記ステップ201〜203で全て「No」と判定された場合には、ステップ207に進み、酸素センサ28の検出応答性を基準応答性に対して変更しない制御、すなわち定電流Ics=0とする制御を実施する。
If all the determinations in
尚、図13のルーチンでは、エンジン11が冷間状態の場合に酸素センサ28のリッチ応答性を高める処理(ステップ201,204)と、エンジン11が高負荷運転状態の場合に酸素センサ28のリーン応答性を高める処理(ステップ202,205)と、リッチ噴射制御が実施さている場合に酸素センサ28のリッチ応答性を低める処理(ステップ203,206)とを全て実施するようにしたが、これに限定されず、いずれか1つ又は2つを実施するようにしても良い。
In the routine of FIG. 13, processing for increasing the rich response of the
以上説明した本実施例2では、三元触媒18の下流側に酸素センサ28を設置したシステムにおいて、酸素センサ28の検出応答性を変更するための変更要求の有無を判定し、変更要求の判定結果に基づいて定電流制御を実施して、酸素センサ28の検出応答性を変更するようにしたので、三元触媒18を有効に活用して排気エミッションを低減することができる。
In the second embodiment described above, in the system in which the
尚、上記実施例2では、三元触媒18の下流側に酸素センサ28を設置した構成としたが、三元触媒18の中の位置(例えば触媒18の入口と出口の中間位置)に酸素センサ28を設置した構成としても良い。
In the second embodiment, the
また、上記各実施例1,2では、酸素センサ28(センサ素子31)の大気側電極層34に定電流回路27を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ28(センサ素子31)の排気側電極層33に定電流回路27を接続する構成としたり、或は、排気側電極層33と大気側電極層34の両方に定電流回路27を接続する構成としても良い。
In the first and second embodiments, the constant
また、上記各実施例1,2では、コップ型構造のセンサ素子31を有する酸素センサ28を用いたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いたシステムに本発明を適用しても良い。
In each of the first and second embodiments, the present invention is applied to a system using the
更に、酸素センサに限定されず、例えば、空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ、HC濃度を検出するHCセンサ、NOX 濃度を検出するNOX センサ等の酸素センサ以外のガスセンサに本発明を適用しても良い。 Further, the present invention is not limited to an oxygen sensor. For example, other than an oxygen sensor such as an air-fuel ratio sensor that outputs a linear air-fuel ratio signal corresponding to an air-fuel ratio, an HC sensor that detects HC concentration, or an NO X sensor that detects NO X concentration. The present invention may be applied to this gas sensor.
11…エンジン(内燃機関)、17…排気管、18…三元触媒、19…NOX 吸蔵還元型触媒、25…ECU(電流制御手段)、26…マイコン、27…定電流回路(定電流供給手段)、28…酸素センサ(排出ガスセンサ)、31…センサ素子、32…固体電解質層(固体電解質体)、33…排気側電極層(センサ電極)、34…大気側電極層(センサ電極)、37…三元触媒 11 ... engine (internal combustion engine), 17 ... exhaust pipe, 18 ... three-way catalyst, 19 ... NO X storage reduction catalyst, 25 ... ECU (current control means), 26 ... microcomputer, 27 ... constant current circuit (constant current supply Means), 28 ... oxygen sensor (exhaust gas sensor), 31 ... sensor element, 32 ... solid electrolyte layer (solid electrolyte body), 33 ... exhaust side electrode layer (sensor electrode), 34 ... atmosphere side electrode layer (sensor electrode), 37. Three-way catalyst
Claims (1)
前記センサ電極(33,34)間に定電流を流して前記排出ガスセンサ(28)の出力特性を変更する定電流供給手段(27)と、
前記排出ガスセンサ(28)の出力特性を変更する変更要求又は前記内燃機関(11)の運転状態に応じて前記センサ電極(33,34)間に流す定電流の向きを決定し、該決定した向きで前記定電流が流れるように前記定電流供給手段(27)を制御する電流制御手段(25)とを備え、
前記電流制御手段(25)は、前記内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリーンに制御するリーン燃焼制御中には前記排出ガスセンサ(28)のリーン成分に対する検出応答性を高める方向に前記定電流が流れるように前記定電流供給手段(27)を制御し、前記内燃機関(11)に供給する混合気の空燃比をリッチに制御するリッチ燃焼制御中には前記排出ガスセンサ(28)のリッチ成分に対する検出応答性を高める方向に前記定電流が流れるように前記定電流供給手段(27)を制御することを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。 A catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine (11), which stores NO x in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean , and generates exhaust gas flowing into the catalyst and the air-fuel ratio is the NO X which is stored in the catalyst is reduced and purified to release when they become rich the NO X storage reduction catalyst (19), downstream of the the NO X storage reduction catalyst (19) or The NO x storage-reduction catalyst (19 ) is provided, and a solid electrolyte body (32) is provided between the pair of sensor electrodes (33, 34) and one of the pair of sensor electrodes (33, 34). In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising an exhaust gas sensor (28) for detecting a concentration of a predetermined component in the exhaust gas by a sensor element (31) having a sensor electrode (34) exposed to the atmosphere.
Constant current supply means (27) for changing the output characteristics of the exhaust gas sensor (28) by passing a constant current between the sensor electrodes (33, 34);
The direction of the constant current flowing between the sensor electrodes (33, 34) is determined according to a change request for changing the output characteristics of the exhaust gas sensor (28) or the operating state of the internal combustion engine (11), and the determined direction Current control means (25) for controlling the constant current supply means (27) so that the constant current flows in
The current control means (25) increases the detection responsiveness to the lean component of the exhaust gas sensor (28) during the lean combustion control for leanly controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (11). The exhaust gas sensor (28) is controlled during the rich combustion control in which the constant current supply means (27) is controlled so that the constant current flows through the exhaust gas and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (11) is controlled to be rich. The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine , wherein the constant current supply means (27) is controlled so that the constant current flows in a direction to improve the detection responsiveness to the rich component .
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012221944A JP5867357B2 (en) | 2012-02-03 | 2012-10-04 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
US14/376,179 US20140373512A1 (en) | 2012-02-03 | 2013-01-22 | Emission gas cleaning device of internal combustion engine |
DE112013000824.6T DE112013000824T5 (en) | 2012-02-03 | 2013-01-22 | Exhaust gas purification device of an internal combustion engine |
PCT/JP2013/000284 WO2013114814A1 (en) | 2012-02-03 | 2013-01-22 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012022261 | 2012-02-03 | ||
JP2012022261 | 2012-02-03 | ||
JP2012221944A JP5867357B2 (en) | 2012-02-03 | 2012-10-04 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013177884A JP2013177884A (en) | 2013-09-09 |
JP5867357B2 true JP5867357B2 (en) | 2016-02-24 |
Family
ID=48904866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012221944A Expired - Fee Related JP5867357B2 (en) | 2012-02-03 | 2012-10-04 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140373512A1 (en) |
JP (1) | JP5867357B2 (en) |
DE (1) | DE112013000824T5 (en) |
WO (1) | WO2013114814A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5748180B2 (en) * | 2012-02-10 | 2015-07-15 | 株式会社デンソー | Catalyst deterioration diagnosis device |
JP5904171B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-04-13 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
JP6155949B2 (en) | 2013-08-09 | 2017-07-05 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
JP5904172B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-04-13 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
JP5904173B2 (en) | 2013-08-09 | 2016-04-13 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
JP6241123B2 (en) | 2013-08-09 | 2017-12-06 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device and gas sensor control method |
JP6237057B2 (en) * | 2013-09-27 | 2017-11-29 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
JP6398866B2 (en) * | 2015-05-19 | 2018-10-03 | 株式会社デンソー | Oxygen sensor control method |
WO2017023758A1 (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | Cummins Emission Solutions Inc. | Oxygen correction for engine-out nox estimates using a nox sensor of an aftertreatment system |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6034065B2 (en) * | 1979-12-20 | 1985-08-06 | 日産自動車株式会社 | Air fuel ratio detection method |
FR2494445A1 (en) * | 1980-11-17 | 1982-05-21 | Socapex | ELECTROCHEMICAL SENSOR OF SPECIES CONCENTRATIONS IN A FLUID MIXTURE AND SYSTEM FOR REGULATING THE WEALTH OF AN AIR-FUEL MIXTURE USING SUCH A SENSOR |
JPS57200641A (en) * | 1981-06-01 | 1982-12-08 | Nippon Denso Co Ltd | Controlling device for air-fuel ratio |
JPS61104137A (en) * | 1984-10-27 | 1986-05-22 | Mazda Motor Corp | Control device for air-fuel ratio of engine |
JPS61118653A (en) * | 1984-11-14 | 1986-06-05 | Ngk Insulators Ltd | Method for controlling current of electrochemical element |
JP3997599B2 (en) * | 1998-04-27 | 2007-10-24 | 株式会社デンソー | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine |
JP4379595B2 (en) * | 2004-06-08 | 2009-12-09 | トヨタ自動車株式会社 | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine |
JP5126388B2 (en) * | 2010-08-19 | 2013-01-23 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
-
2012
- 2012-10-04 JP JP2012221944A patent/JP5867357B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-01-22 WO PCT/JP2013/000284 patent/WO2013114814A1/en active Application Filing
- 2013-01-22 US US14/376,179 patent/US20140373512A1/en not_active Abandoned
- 2013-01-22 DE DE112013000824.6T patent/DE112013000824T5/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013177884A (en) | 2013-09-09 |
DE112013000824T5 (en) | 2014-10-16 |
US20140373512A1 (en) | 2014-12-25 |
WO2013114814A1 (en) | 2013-08-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5867357B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
US9052280B2 (en) | Deterioration diagnosis device for catalyst | |
JP5126388B2 (en) | Gas sensor control device | |
JP5907345B2 (en) | Gas sensor control device and control device for internal combustion engine | |
KR101399192B1 (en) | Emission control system for internal combustion engine | |
US10234418B2 (en) | Gas sensor control device | |
JP5884701B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
US20110192146A1 (en) | Multicylinder internal combustion engine, inter-cylinder air/fuel ratio imbalance determination apparatus, and method therefor | |
JP5817581B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
WO2014119026A1 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP6447569B2 (en) | Control device for nitrogen oxide sensor | |
WO2015170449A1 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP6119434B2 (en) | Gas sensor control device | |
JP6562047B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
US10247694B2 (en) | Gas sensor control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151009 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151208 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151221 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5867357 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |