JPH0370849A

JPH0370849A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0370849A
Application number: JP1206943A
Authority: JP
Inventors: Akira Uchikawa; 晶内川
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-03-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

〈従来の技術〉従来の排気浄化装置としては、以下に示すようなものが
ある。

即ち、排気通路に排気中のＣＯ，ＨＣを酸化すると共に
、ＮＯｘを還元して浄化する三元触媒を介装したものが
一般化している。

この三元触媒は転化効率（浄化効率）が理論空燃比燃焼
時の排気状態で有効に機能するように設定されている。

そこで、特に高出力が要求される高負荷運転時等以外の
通常運転時は、三元触媒上流の排気通路に設けた空燃比
センサにより排気中の酸素濃度を検出することにより空
燃比を検出し、該空燃比を理論空燃比近傍に制御するこ
とが一般に行われている。

上記空燃比センサの例としては、特開昭５８−２０４３
６５号公報等に示されるようなものがある。

この空燃比センサの起電圧は、理論空燃比近傍で急変す
る特性を有しており、この起電圧を基準電圧（スライス
レベル）と比較して、混合気の空燃比が理論空燃比に対
してリッチかり−ンかを判定する。

そして、例えば、空燃比がリーン（リッチ）の場合には
、燃料噴射量Ｔｉを増量（減量）することで、空燃比を
理論空燃比近傍に制御するようにしている。

このようにして、三元触媒が有効に機能するように調整
している。

しかし、このような空燃比センサによる空燃比制御では
、次のような問題を生じていた。

即ち、本来ＮＯｘ中の酸素は、排気中酸素濃度として検
出されるべきものであるが、この空燃比センサでは、こ
れを捉えることができないため、Ｎｏχ濃度が高くなる
程、真の理論空燃比よりリーン側で起電圧が反転し、こ
れにより、空燃比がリーン側に制御される。

このように、制御点（反転点）がリーン側にシフトされ
、空燃比がリーン制御されると、ある程度までは燃費向
上を図れるため却って好都合な制御となるのであるが、
高回転、高負荷になってＮＯｘが増加する運転条件（高
燃焼温度条件）になると、リーン側に大きくシフトされ
るので、三元触媒のＮＯｘ還元機能が損なわれ、ＮＯｘ
発生量が大きく増加してしまう。

そこで、燃焼温度が上昇して、ＮＯｘの排出量が増加す
る高負荷運転時は、排気の一部を吸気通路に還流して、
燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの排出量を少なく
するようにしている。

この場合、排気通路から吸気通路に連通ずる排気還流通
路を形成して、この通路途中に制御弁を設け、機関運転
状態に応じて、排気還流量を制御するようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、排気還流は吸気通路内の負圧を利用して
排気を還流しているが、高度による気圧の変化、燃焼圧
の変化及び排気還流通路のオリフィス等の劣化により排
気還流量が変化して、ＮＯｘの安定制御ができないとい
う問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、常に安定し
た排気浄化効率を得られる排気浄化装置を提供すること
を目的とする。

く課題を解決するための手段〉上記の目的を達成するため、本発明は、第１図に示すよ
うに、機関の排気通路に、三元触媒（ａ）を備えると共に、三
元触媒上流から排気の一部を吸気通路へ還流する排気還
流通路（ｂ）と、該排気還流通路に介装され排気還流量を制御する制御弁
（Ｃ）と、機関の運転状態に基づいて排気還流量を設定し、制御弁
を介して排気還流量を制御する排気還流量制御手段（ｄ
）と、を備える排気浄化装置において、前記三元触媒の下流に、酸素に感応し、酸素濃度に応じ
た起電圧を出力する２個の検出素子を有し、その一方に
のみ窒素酸化物還元触媒層を設けて窒素酸化物中の酸素
にも感応できるようにした診断センサ（ｅ）を配設する
一方、前記２個の検出素子の起電圧の差に基づいて、窒素酸化
物排出量の異常を検出する異常検出手段（ｆ）と、該異常検出手段による異常検出時に、前記排気還流量制
御手段による排気還流量を増量変更する変更手段（８）
と、を設ける構成とする。

〈作用〉上記の構成においては、診断センサの２個の検出素子の
うち一方にのみ窒素酸化物還元触媒層を設けて窒素酸化
物中の酸素にも感応できるようにしているので、排気中
に窒素酸化物が増加するのに伴って、診断センサの２個
の検出素子から出力される起電圧に差が生じてくる。

そこで、異常検出手段において、その起電圧の差を以て
、窒素酸化物排出量の異常を検出するようにしている。

そして、異常が検出されると、排気還流制御手段による
排気還流量を増量変更するようにしている。

つまり、三元触媒下流の排気中に窒素酸化物が多くなる
と、排気還流量を増加して、燃ｍ温度をｒげることによ
り、排気中の窒素酸化物濃度を下げて、排気還流による
窒素酸化物の低減効果を安定的に確保するようにしてい
る。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を第２図〜第９図に基づいて説明
する。

第２図を参照し、本発明に係る一実施例のシステムを説
明する。

内燃機関２１の吸気通路２２には、吸入空気流量Ｑを検
出するエアフローメータ２３及びアクセルペダルに連動
して吸入空気流量Ｑを制御するスロットル弁２４が設け
られ、下流のマニホールド部には、気筒毎に電磁式の燃
料噴射弁２５が設けられる。

燃料噴射弁２５は、マイクロコンピュータを内蔵したコ
ントロールユニット２６からの噴射パルス信号によって
開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレ
ッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を
噴射供給する。

更に、排気通路２８に空燃比センサ２９が設けられ、更
に下流側に排気中のＣｏ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元と
を行って排気を浄化する三元触媒３０が設けられる。

また、排気通路２Ｂからスロットル弁２４下流の吸気通
路２２に連通ずる排気還流通路３１が形成され、排気の
一部が還流されるようになっている。

そして、排気還流通路３１の途中には、排気還流量を制
御する制御弁３２が介装されている。

排気還流量は、機関運転状態のパラメータである機関回
転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐ　（＝に−Ｑ／Ｎ　；　Ｋ
は定数）とから予め設定したマツプによりそのときの運
転状態に応じた排気還流量をコントロー／ＬｚＬニント
２６により求め、該コントロールユニット２６によって
制御弁３２を制御して、その開度により、制御される。

更に、三元触媒３０の下流には、後述する診断センサ１
１が設けられており、その出力をコントロールユニット
２６に入力するようになっている。

また、図示しないディストリビュータにはクランク角セ
ンサ３３が内蔵されており、該クランク角センサ３３か
ら機関回転と同期して出力されるクランク角単位角信号
を一定時間カウントして、又は、クランク角基準角信号
の周期を計測して機関回転数Ｎが検出される。

第３図及び第４図を参照し、診断センサ１１の構成を説
明する。

診断センサ１１には、第１検出素子１２及び第２検出素
子１３がアルミナ等の絶縁部材１４により所定の間隙を
有して取付けられている。

各検出素子１２．１３には、例えば酸化ジルコニウム（
ＺｒＯ２）を主成分とする固体電解質部材１２Ａ、１３
Ａにより中空状の大気導入室１２Ｂ、１３Ｂがそれぞれ
形成され、これら大気導入室１２Ｂ、　１３Ｂに臨む第
１及び第２内側電極１５Ａ、１６Ａと、これら内側電極
１５Ａ、１６Ａに固体電解質部材１２Ａ、　１３Ａを介
して対向し、排気に接触する第１及び第２外側電極１５
Ｂ、１６Ｂとが形成されている。これら電極は、白金（
Ｐｔ）で形成されている。

前記第１及び第２外側電極１５Ｂ、１６Ｂは第１及び第
２電極保護Ｎ１７．１８により覆われている。

ここで、前記第１検出素子１２側の第１外側電極１５Ｂ
を覆う第１電極保護［１７は、例えば、ガンマアルくす
（Ｔ−Ａ１２０３）、酸化チタン（Ｔｉ０２）、酸化ラ
ンタン（ＬａｚＯ：＋）等の多孔質セラミックからなる
担体に、ロジウム（Ｒｈ）。

ルテニウム（Ｒｕ）等少なくとも一種のＮＯｘ還元反応
を促進させる触媒の粒子を混在させて、ＮＯｘ還元機能
を有するように形成されている。

一方、第２検出素子１３例の第２外側電極１６Ｂを覆う
第２電極保護１１８は、マグネシウムスピネル層で形成
されている。

そして、第１検出素子１２例の第を内側電極１５Ａと第
１外側電極１５Ｂとの間に生じる起電圧■１、及び、第
２検出素子１３例の第２内側電極１６Ａと第２外側電極
１６Ｂとの間に生じる起電圧Ｖ２がそれぞれ独立に取出
され、コントロールユニット２６に入力される。

かかる構造を有した診断センサ１１において、第１検出
素子１２の第１内側電極１５Ａと第１外側電極１５Ｂと
の間に生じる起電圧特性は、第５図に実線で示すように
、第■電極保護層１７のＮＯｘ還元触媒粒子のＮＯｘ還
元作用により、ＮＯｘ中の酸素も排気中の酸素濃変分と
して良好に検出され、ＮＯｘ増大時も理論空燃比に近い
点で急変する特性となる。つまり、Ｎｏｘｔに関係なく
平均起電圧は一定した値となる。

これに対し、第２検出素子１３の第２内側電極１６Ａと
第２外側電極１６Ｂとの間に生じる起電圧特性は第５図
に点線で示すように、ＮＯｘ中の酸素が排気中酸素濃度
分として検出されず、ＮＯｘ？ａ度の増大に応じて起電
圧が急変する点が、ＮＯｘが多い時はどリーン側にシフ
トする特性となる。つまり、ＮＯｘが多いとき程平均起
電圧は高い値になる。

更に、詳しくは、運転状態が通常の状態で、排気中にＮ
Ｏｘの少ないときは、第６図に示すように、診断センサ
１１の第１検出素子１２及び第２検出素子１３からの平
均起電圧は共に０．５Ｖ付近で安定しているが、第７図
に示すように、高負荷状態になり、ＮＯｘが増える運転
状態になると、第１検出素子１２は、ＮＯｘ中の酸素も
排気中の酸素として検出できるので、平均起電圧に変化
はないが、第２検出素子１３は、ＮＯｘ中の酸素は検出
できないので、その分、平均起電圧が高くなり、遂に、
第２検出素子１３からの起電圧Ｖ２はＩＶ付近で安定す
るようになる。

第８図を参照し、排気還流量設定ルーチンを説明する。

ステップ１（図中３１と記す。以下同様。）では、エア
フローメータ２３により検出される吸入空気流ｉｔＱと
クランク角センサ３３から検出される機関回転数Ｎとを
入力する。

ステップ２では、吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎとから
基本燃料噴射量Ｔｐ　（＝に−Ｑ／Ｎ；には定数）を演
算する。

ステップ３では、予め設定されたマ・ノブからそのとき
の機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに対応した排気
還流量Ｅｏを検索する。

ステップ４では、第１検出素子１２からの起電圧ｖｌを
入力する。

ステップ５では、第２検出素子１３からの起電圧Ｖ２を
入力する。

ステップ６では、それらの電圧差ΔＶ　（＝Ｖ。

＝■、）を演算する。

ステップ７では電圧差ΔＶを所定値（例えば２００＋ｓ
Ｖ　）と比較して、所定値未満のときは、ステ・ノブ８
に進んで、ステップ３で検索した排気還流量Ｅｏを排気
還流３１Ｅに代入する。

所定値以上のときは、ステ・ノブ９に進んで、ステップ
３で設定した排気還流量Ｅｏを例えば５〜１０％増加さ
せて、ステップ１０で排気還流通路に代入する（Ｅ４−
Ｅｏ　（１＋α）、αは例えば０．０５或いは０．１）
。

ここで、ステップ８．１０．１１が排気還流量制御手段
に相当し、ステップ４．５．６．７が異常検出手段に相
当し、ステップ９が変更手段に相当する。

ステップ８又はステップ１０を経た後、ステップ１１に
進んで、排気還流３１Ｅを制御弁３２に出力してこのル
ーチンを終了する。

これにより、高度による気圧の変化、燃焼圧の変化及び
排気還流通路のオリフィス等の劣化により、通常の排気
還流量の制御では、三元触媒通過後の排気中に有害成分
であるＮＯｘが残っているときは、第１検出素子及び第
２検出素子の平均起電圧の差から、ＮＯｘ排出量の異常
を検出して、排気還流量を増量し、燃焼温度を下げて、
ＮＯｘを低減させ、三元触媒を有効に機能させることが
できる。

また、−個の診断センサ１１で済むので、センサ取付ス
ペースも少しで済み、低コストで実施できる。

第９図は診断センサの別の構成を示す。但し、第３図及
び第４図に示した例と同一要素には同一符号を付して説
明を省略する。

即ち、単一の大気導入室１９の対向する位置に第１及び
第２検出素子１２．１３の第１及び第２内側電極１５Ａ
、１６Ａを設け、大気導入室１９を第１及び第２検出素
子１２．１３で共用するようにしたものである。起電圧
の取出し方については前述の例と同様である。

かかる構成においても、前述の例と同様な機能が得られ
、センサをより小型化できる。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によると、三元触媒の下流
に設けられた診断センサの２個の検出素子からの起電圧
に基づいて、排気中の窒素酸化物排出量の異常を検出し
て、異常検出時には、排気還流量を増量変更し、排気中
への窒素酸化物の排出量を少なくして、三元触媒が有効
に機能するようにした。

よって、排気の浄化が促進されるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
一実施例を示すシステム図、第３図は本発明の実施例に
係る診断センサの構成を示す図、第４図は同上のＩＶ−
ｒＶ矢視断面図、第５図は同上の診断センサの起電圧特
性を示す線図、第６図及び第７図はセンサの出力を示す
線図、第８図は制御内容を示すフローチャート、第９図
は診断センサの別の実施例を示す図である。１１・・・診断センサ　　１２・・・第１検出素子　　
１３・・・第２検出素子　　２５・・・燃料噴射弁　　
２６・・・コントロールユニット　　２９・・・空燃比
センサ　　３１・・・排気還流通路　　３２・・・制御
弁　　３３・・・クランク角センサ特許出国人　　　　日本電子機器株式会社代　理　人　
　　弁理士　笹　島　冨二雄第２図第５図第４図第９図

Claims

【特許請求の範囲】機関の排気通路に、三元触媒を備えると共に、三元触媒
上流から排気の一部を吸気通路へ還流する排気還流通路
と、該排気還流通路に介装されて排気還流量を制御する制御
弁と、機関の運転状態に基づいて排気還流量を設定し、前記制
御弁を介して排気還流量を制御する排気還流量制御手段
と、を備える排気浄化装置において、前記三元触媒の下流に、酸素に感応し、酸素濃度に応じ
た起電圧を出力する２個の検出素子を有し、その一方に
のみ窒素酸化物還元触媒層を設けて窒素酸化物中の酸素
にも感応できるようにした診断センサを配設する一方、前記２個の検出素子の起電圧の差に基づいて、窒素酸化
物排出量の異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段による異常検出時に、前記排気還流量制
御手段による排気還流量を増量変更する変更手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。