JPH04166607A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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路に配備され、特に、リーンＮ
ＯＸ触媒とその下流に酸化触媒を備えた排ガス浄化装置
に関する。

（従来の技術） 車両の排ガス浄化装置は車両の発生する排ガスを無害化
して大気中に放出するもので、自然環境を保護する上で
重要な役割を持っている。

この排ガス浄化装置、例えば三元触媒は醸化還元の両触
媒を備え、空燃比をストイキオを含む狭いウィンド域に
保持することにより、酸化触媒が排気中のＣ○、ＨＣを
、還元触媒が排気中のＮ。

８をそれぞれ無害成分に変換するように作用している。

しかも、この三元触媒の酸素過剰下（リーン空燃比）で
の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する効率は大きく低下す
る。

処で、内燃機関は機関の運転状況に応じた燃料供給を行
うと共に、特に、排ガス浄化用の三元触媒を的確に作動
させるへく、空燃比をストイキオを含む狭いウィンドウ
域内に規制する必要があり、常に、空燃比を目標値に保
つべく空燃比制御を行っている。

この空燃比制御には、排ガス中の０２濃度を検出して、
その値がウィンドウ域内に保持されるように０２フイー
ドバツク制御を行っている。

ここで、空燃比フィードバックの概念を、第８図に示し
た。この場合、空燃比制御手段は目標空燃比と対応する
フィードバック係数を０１線のように理論空燃比（スト
イキオ）を中心としてリーン側とリッチ側に振る。これ
により、実の空燃比は０２線で示すように理論空燃比（
ストイキオ）を中心として位相を遅れかせてリーン側と
リッチ側に振れる。この結果、動的な空燃比はストイキ
オ（λ＝１）を含む狭いウィンドウ域内に保持されるよ
うになっている。

処で、内燃機関はその負荷及びエンジン回転数に応じて
、その要求される空燃比が異なり、例えば、第２図に示
すように、負荷の増加と共に、その目標とされる空燃比
が、燃料カット域、リーン域、ストイキオ域及びパワー
域となることが望ましい。このため、空燃比制御手段は
車両の運転状況情報に応じて、目標空燃比を設定し、同
値に成るように、燃料供給量を算出し、噴射供給してい
る。このため目標空燃比が変化する毎に、機関の空燃比
はリーン及びリッチ化する。

例えば、機関が低負荷定常運転を続ける場合、燃費向上
の上ではり−ン運転が望ましい。しかし、このリーン運
転が実施さ九ると、排ガスもリーン化し、三元触媒のウ
ィンドウ域を外れ排ガス浄化作用が適確に働かなくなる
。このため、この種のリーンバーンエンジンでは、三元
触媒の上流側に、リーン雰囲気下でＮｏｘを浄化できる
リーンＮＯｘ触媒が配設され、これによりストイキオ時
とり一ン時の排ガス浄化を適確におこなうことと成る。

ここで酸素過剰化でＮ　Ｏｘを還元することが可能なリ
ーンＮＯｘ触媒の一例が特開昭６０−１２５２５０公報
に開示されている。

このリーンＮＯｘ触媒は銅ゼオライト系Ｃｕ／ＺＳＭで
あり還元剤としてのＨＣを必要とし、ＮＯｘ浄化率〔η
Ｎｏ工〕が第９図に示すようＨＣ／Ｎｏ比によって変化
する。ここで、排ガス中のＨＣ／ＣＯ比が所定値以上な
いと、ＮＯｘ浄化率〔η、。□〕が十分に高まらず正常
作動出来ない。このため、リーンＮＯｘ触媒は三元触媒
の上流に配設されることとなる。

（発明が解決しようとする課題） 処で、リーンＮＯｘ触媒と三元触媒とを排気路に順次配
設する場合、下記の問題を生しる。即ち、第３図に示す
様に、空燃比の切り換え初期（Ａ部分）における空燃比
はリーンＮＯｘ触媒にストレージされていた０２の影響
でリーン側にずれる。

この影響は数分のオーダで続き、その後の時点Ｂでは０
２ストレージの影響を受けなく成り、ストイキオを示す
ようになる。

このように、リーン運転の後のストイキオ運転初期には
一時的に排気系の触媒上流にストレージされていたＯｌ
の影響により、空燃比がリーンシフトして（第３図中に
破線で示した）、三元触媒に達し、その浄化作用が低減
するという問題があった。

本発明の目的は排ガス空燃比の変動時における浄化効率
の低下を防止できる排ガス浄化装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明は、排気路上に配
設されると共にリーン制御時にＮｏ工を浄化するリーン
Ｎ　Ｏｘ触媒と、上記リーンＮＯｘ触媒の下流に配設さ
れる酸化触媒とが配備されたもので、特に、上記リーン
ＮＯｘ触媒を迂回して上記排気路上流よりの排ガスを上
記酸化触媒に直接導くと共に開閉弁によって開閉される
バイパス路を設け、上記排ガス空燃比がリーン時のみ上
記バイパス路を閉じるように上記開閉弁を駆動させる制
御手段とを有したことを特徴とする。

（作　　用） 制御手段が排ガス空燃比のリーン時にのみ、開閉弁を閉
作動させてバイパス路を閉鎖させるので。

排ガス空燃比のリーン時にリーンＮＯｘ触媒に全排ガス
を供給でき、リッチ時に排気路上流よりの排ガスを准化
触媒に直接導くことができる。

（実　施　例） 第１図に示した排ガス浄化装置は、ガソリンエンジン１
の排気路２上に装着されている。

このエンジン１はエンジンコントロールユニット（以後
単にコントローラと記す）３により燃料供給量を制御さ
れ、各時点での負荷情報やエンジン回転数情報に応じた
目標空燃比に現空燃比を調整制御するように構成されて
いる。

即ち、エンジン本体に接続さｔた吸気Ｍ４にインジェク
タ５が、排気路２には排気管７の途中に触媒コンバータ
８とその前方にリニア空燃比センサ９がそれぞれ取付け
ら九でいる。

触媒コンバータ８内部には排気路２の上流側にリーンＮ
Ｏｘ触媒１０がその下流側に三元触媒１１が配設され、
特に、リーンＮＯｘ触媒１０を迂回して直接三元触媒１
１に排ガスが達することを可能とするバイパス路１２が
形成されている。このバイパス路１２は触媒コンバータ
８のケーシング１３の外側に配備され一体的に取付けら
れているパイプ１４によって形成され、その途中にはバ
イパス路１２を開閉できる開閉弁１５が取付けられてい
る。

開閉弁１５にはこの弁を開位置Ｐ１と閉位置Ｐ２とに切
換保持可能なエアシリンダであるアクチュエータ１６が
取付けられている。このアクチュエータ１６には電磁弁
１７を介して、高圧エアのエア源１８が接続され、この
電磁弁１７はコントローラ３に接続されている。

リーンＮＯｘ触媒１０はモノリス型の担持体の担持領域
の全内壁面には触媒活性成分が付着される。

ここでの、触媒活性成分は酸素過剰化でＮｏ工を還元す
ることが可能なもので、第９図に示したように、ＨＣ／
Ｃｏ比が所定値以上でＮＯｘ浄化率〔η８゜工〕が高レ
ベルとなる特性を示す。即ち、その時の排ガスの空燃比
がリーン雰囲気下にあり、しかも、活性温度にあると、
Ｎｏ工、を還元剤としてのＨＣで還元し、ＨＣ，ＧＯを
酸化処理して無害化するように構成されている。

三元触媒１１はそのモノリス型の担持体の担持領域の全
内壁面にストイキオ雰囲気下で酸化還元処理可能な触媒
活性成分が付着される。この三元触媒１１は排ガス空燃
比がストイキオ近傍にあり、活性温度にあると、ＨＣ，
Ｃ○、ＮＯｘ、の酸化還元処を行ない、無害化された排
ガスを排出８来る周知の構成を採る。

リニアＡ／Ｆセンサ１０は例えば、特開昭６３−３６１
４０号公報に開示されるようなリニアＡ／Ｆセンサが使
用される。

内燃機関の吸気路４にはインジェクタ５の上流にスロッ
トル弁２０が配設される。スロットル弁２０には負荷情
報となるアクセル開度センサ２１が付設され、更にその
上流には吸気温センサ２２、大気圧センサ２３、吸入空
気流量Ａ情報を発するエアフローセンサ２４が配設され
る。

なお、符号２５はクランク各情報及びエンジン回転数情
報を出力するクランク角センサを示している。

コントローラ３はマイクロコンピュータでその要部が構
成され、特に、上述の各センサ類の高力信号を受けて、
適時にその情報を取り込み、あるいは適時にインジェク
タ５に駆動信号を出力するための駆動回路３０１及び、
電磁弁１７駆動用の駆動回路３０２に制御信号を出力す
る入出力回路３０３と、第４図乃至第６図に示す排ガス
制御プログラム、メイン制御プログラムや、各種マツプ
、特性値等を書き込まれた記憶回路３０４と、各制御プ
ログラムに沿って制御値を算出する制御回路３０５等で
構成されている。

ここでのコントローラ３は、特に、排ガス空燃比がリー
ン時のみバイパス路１２を閉じるように開閉弁１５を駆
動させる制御手段としての機能を備える。

ここで、コントローラ３による燃料噴供給制御と共に行
われる排ガス制御処理を第４図乃至第６図に示す制御プ
ログラムと共に説明する。

まず、メインルーチンでは図示しない初期設定の後、運
転情報として各センサよりの出力を取り込み、所定のア
ドレスの更新を行なう。そして、ステップａ２では、燃
料カットモードが否かを、エンジン回転数Ｎと負荷θ（
アクセル開度センサの出力に基づく）を取り込み、第２
図に示すような運転域算出マツプに基づき算出する。

燃料カットではステップａ３に進み、燃料カットフラグ
ＦＣＦを立て、リーン域を表すＬＦフラグを１とし、ス
テップａ１にもどる。

ステップａ２より燃料カットでないとしてステンプａ５
に達すると、燃料カットフラグＦＣＦをクリアしステッ
プａ６進む７ここでは、エンジン回転数Ｎと負荷θ等を
取り込み、空燃比フィードバック条件を満しているか否
かを判定し、満たしていない、例えばパワー運転域のよ
うな過渡運転域の時点では、現運転情報に基づくオープ
ンループでの空燃比制御を行うへく、ステップミツ側に
進む。

ここではストイキオフィードバックフラグＳＦＢ及びリ
ーンフラグＬＦをクリアし、ステップｅ９に達する。

ここでは、車両の負荷情報Ａ／Ｎ、エンジン回転数Ｎに
応じた、空燃比補正係数であるリッチ化係数ＫＭＰＡを
図示しないマツプに基づき算出し、空燃比を格納するア
ドレスＫＡＦに入力処理する。

そして、ステップａｌｏでは、その他の燃料噴射パルス
幅補正係数ＫＤＴや、補正値ＴＤを運転状態に応じて設
定し、ステップａ１にリターンする。

ステップａ６より空燃比フィードバック制御条件を満た
しているとして、ステップａｌｌに達すると、エンジン
回転数Ｎと負荷θを取り込み、第２図に示すような運転
域算出マツプに基づきリーン化制御なのか否か判断し、
リーン運転条件下にあるとステップａ１２に進む。

ここでは、ストイキオフィードバックフラグＳＦＢをク
リアし、リーンフラグＬＦを１とし、ステップａ１４に
進む。

ここでは負荷情報Ａ／Ｎ　、エンジン回転数Ｎに応した
目標空燃比（Ａ／Ｆ）を設定し、その値に応じたベース
リーン係数ＫＬＥＡＮを設定する。更に、空燃比センサ
の空燃比信号Ｖｏｕｔと目標空燃比データの偏差ΔＡＦ
を算出する。更に、ステップａ１６゜１７では偏差ΔＡ
Ｆに周知のＰＩＤ処理を施し、リーンフィードバック係
数ＫＬＦＢを設定し、空燃比を格納するアドレスＫＡＦ
に、ベースリーン係数ＫＬＥＡ、Ｎとリーンフィードバ
ック係数とを乗算した値をストアし、ステップａｌｏに
進む。

ステップａｌＯではその他の燃料噴射パルス幅補正係数
ＫＤＴや、補正値ＴＤを運転状態に応じて設定し、ステ
ップａ１にリターンする。

ステップａｌｌでリーンでないと、ストイキオフィード
バック制御側のステップａ１８に達する。

ここでは、ストイキオフラグＳＦＢを１とし、リーンフ
ラグＬＦをクリアし、ステップａ２０に達する。

ここでは目標空燃比がストイキオであり、設定値ＫＳＦ
ＢをアドレスＫＡＦにストアし、ステップａｌｏに進み
、ステップａ１にリターンする。

このようなメインルーチンの途中で、第５図のインジェ
クタ駆動ルーチン及び第６図の排ガス制御ルーチンが行
なわれる。

インジェクタ駆動ルーチンでは、クランクパルス割込み
でステップｂ１に達すると、吸入空気量Ａ／Ｎとエンジ
ン回転数Ｎを取り込み、燃料カットフラグＦＣＦが１で
はリターンし、Ｏで、ステップｂ３に進む。ここでは、
吸入空気量Ａ／Ｎに応じた基本燃料パルス幅Ｔ、を設定
し、メインパルス幅データＴｉｎｊ＝ＴｎＸＫＡＦＸＫ
ＤＴ＋ＴＤを算出し、ステップｂ５に進む。

ステップｂ５では、　Ｔｉｎｊをインジェクタ駆動用ド
ライバーにセットし、ドライバーをトリガし、燃料噴射
を行ない、リターンする。

排ガス制御ルーチンでは、所定のクランクパルス割込み
でステップｃ１に達すると、ＬＥフラグの前回値と今回
値に基づき、同フラグが１からＯに変化したか否かを判
定し、変化して無い時はステップｃ３に、変化している
時は、ステップｃ２に進む。変化が無くてステップＣ３
に達すると、ここではＬＥフラグの前回値と今回値に基
づき、同フラグがＯから１に変化したか否かを判定し、
変化して無い時はメインにリターンし、変化があるとス
テップｃ４に進む。

ＬＥフラグが１に変わったとしてステップｃ４に達する
と、開閉弁１５への８力をオンし、バイパス路１２を閉
じ、排ガスを全てリーンＮｏ工触媒１０に導いた後、三
元触媒１１に供給するという処理を行ない、リーン化し
ている排ガスのＮＯｘをリーン雰囲気下で還元し、三元
触媒１１でＨＣ，Ｃ○の酸化処理を行なう。

他方、ステップｃ１で空燃比がリーンよりストイキオに
変化が起きたと判断してステップＣ２に達すると、ここ
では、開閉弁１５への出力をオフしてバイパス路１２を
開く。これによって、排ガスは分岐してバイパス路１２
を通り、直接、三元触媒１１に達するものが多くなる。

これによって、リーンよりストイキオに切換直後におけ
る、リーンＮＯｘ触媒１０の０２ストレ一ジ作用による
排ガスのリーン化（第３図の破線参照）を排除出来、そ
の影響を受は無いストイキオ雰囲気の排ガスが三元触媒
１１に達し、そこでＮＯｘの還元及びＨＣ，Ｃ○の酸化
処理が適正に行なわれることとなり、排ガスの浄化率の
低下を防止出来る。

上述の処において、開閉弁１５の切り代えは、エンジン
回転数Ｎと負荷θを取り込み、運転域算出マツプに基づ
き、リーン域、ストイキオ域及び加速域を設定していた
が、これに代えて、単に、排ガス空燃比が、リーン域に
ある時のみバイパス路を閉鎖するように排ガス制御ルー
チンを行なっても良い。

更に、第１図の排ガス浄化装置は触媒コンバータ８の内
部にリーンＮＯｘ触媒１０と三元触媒１１を収容し、そ
の触媒コンバータ８のケーシング１３にバイパス路１２
を成すパイプ１４が一体的に取付けられていたが、これ
に代えて、第７図に示すような配置を採っても良い。こ
の場合、排気管７の途中に所定間隔を介して、リーンＮ
Ｏｘ触媒１０と三元触媒１１をこの順に配設する。そし
て、リーンＮＯｘ触媒１０のケーシング２６を迂回する
ようにバイパス管２７を配し、そのバイパス管２７の入
口と出［〕とを排気管７に連通させる。この場合も、バ
イパス管２７の途中にコントローラ３によって制御され
る開閉弁１５を配設し、適時にバイパス路１２を開閉す
る様に構成される。この場合も、第１図の排ガス浄化装
置と同様の作用、効果を得られる。

（発明の効果） 以上のように、本発明は排ガス空燃比のり一ン時にのみ
、バイパス路を閉鎖させてリーン化されている全排ガス
をリーンＮＯｘ触媒１０とその下流の三元触媒１１に導
き、無害化出来、リーンよりストイキオへの変動時には
、排ガスをバイパス路を介して直接、三元触媒に供給し
、リーンＮＯｘ触媒の０２ストレ一ジ作用による排ガス
のリーン化の影響を受は無いストイキオ雰囲気の排ガス
を三元触媒１１に供給し、そこでＮＯｘの還元及びＨＣ
ｌＣ０の酸化処理を適正に行なわせることとなり、排ガ
スの浄化率の低下を防止出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として排ガス浄化装置の概略
全体構成図、第２図は同上装置野コントローラが内蔵す
る運転域算出マツプの特性線図、第３図は同上装置で用
いるエンジンの空燃比の経時特性線図、第４図乃至第６
図は同上装置のコントローラが行なうメイン２排ガス浄
化及びインジェクタ駆動の各制御プログラムのフローチ
ャート。 第７図は本発明のその他の実施例としての排ガス制御装
置の要部概略配置図、第８図は従来装置の空燃比変化特
性線図、第９図はリーンＮＯｘ触媒の浄化率特性線図で
ある。 １・・・エンジン、２・・・排気路、３・・・コントロ
ーラ、８・・・触媒コンバータ、９・・・リニア空燃比
センサ、１０・・・リーンＮＯｘ触媒、１１・・・三元
触媒、２・・・バイパス路、１５・・・開閉弁。 側２図 第す図 行間−◆ 第４図 第５図 第Ｇ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　排気路上に配設されると共にリーン制御時にＮＯｘを
   浄化するリーンＮＯｘ触媒と、上記リーンＮＯｘ触媒の
   下流に配設される酸化触媒とが配備された排ガス浄化装
   置において、上記リーンＮＯｘ触媒を迂回して上記排気
   路上流よりの排ガスを上記酸化触媒に直接導くと共に開
   閉弁によって開閉されるバイパス路を設け、上記排ガス
   空燃比がリーン時のみ上記バイパス路を閉じるように上
   記開閉弁を駆動させる制御手段とを有したことを特徴と
   する排ガス浄化装置。