JPH05133260A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化装置

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JPH05133260A
JPH05133260A JP3322414A JP32241491A JPH05133260A JP H05133260 A JPH05133260 A JP H05133260A JP 3322414 A JP3322414 A JP 3322414A JP 32241491 A JP32241491 A JP 32241491A JP H05133260 A JPH05133260 A JP H05133260A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 貴金属系NOx 触媒を含む内燃機関の排気ガ
ス浄化装置のNOx 浄化率の向上。 【構成】 排気系4に貴金属系NOx 触媒6を設置した
内燃機関の排気ガス浄化装置における、空燃比制御プロ
グラムに、希薄燃焼用目標空燃比をリッチ側とリーン側
に交互に強制的に変動させるサブプログラムを設け、空
燃比を変動させた直後に2−3分にわたってあらわれる
一時的NOx 浄化率の向上状態を繰り返し作り出して、
エンジンのリーン運転時間全体にわたって、排気ガス浄
化装置のNOx 浄化率を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、NOx 浄化率を向上さ
せた、貴金属系NOx 触媒を具備した内燃機関の排気浄
化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】燃費の向上とCO2 排出低減を一挙に満
足させるエンジンとして希薄燃焼可能なエンジン(リー
ンバーンエンジン)の開発が進められ、一部実用化され
ている。リーンバーンエンジンの問題は、空燃比リーン
の排気中で従来の三元触媒がNOx を浄化できないの
で、三元触媒に代わるNOx 浄化触媒またはシステムを
開発しなければならないことである。
【0003】特開平1−130735号公報は、空燃比
リーンの排気中においても、HCの存在下のもとにNO
x を還元できるCu/ゼオライト触媒を開示している。
また、Pt/アルミナ又はゼオライト触媒も空燃比リー
ンの排気中でNOx を浄化できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Cu/ゼオラ
イト触媒等のゼオライト系触媒は、熱劣化が激しく耐久
性が乏しいという問題がある。また、Pt/アルミナ触
媒等の貴金属系触媒は耐熱耐久性を有するが、Cu/ゼ
オライト触媒程にはNOx 浄化率が高くなく、十分なN
Ox 浄化性能をもったシステムが開発されていない。
【0005】本発明の目的は、貴金属系触媒を排気系に
備えた内燃機関の排気浄化装置であって、NOx 浄化率
を向上させた排気浄化装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、次の内燃機関の排気ガス浄化装置によって達成さ
れる。すなわち、希薄燃焼可能な内燃機関およびその
吸、排気系と、前記排気系に設置された、アルミナまた
はゼオライトに貴金属を担持させたNOx 触媒と、前記
吸気系または前記内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁
と、前記排気系に設置された空燃比センサと、前記燃料
噴射弁および前記空燃比センサに接続された電子制御装
置に記憶されたプログラム手段から成り、前記内燃機関
の運転条件が希薄燃焼条件にあるときは、希薄燃焼用の
目標空燃比を求め、内燃機関の実際の空燃比を前記目標
空燃比にフィードバック制御するステップを含んでい
る、空燃比制御手段と、 前記空燃比制御手段中の前記
希薄燃焼用の目標空燃比をリッチ側とリーン側に交互に
変化させる希薄燃焼用目標空燃比変動手段と、を備えた
内燃機関の排気ガス浄化装置。
【0007】
【作用】本発明者による試験によれば、リーンバーンエ
ンジンにおいて、空燃比がリッチとリーンとの間に変動
すると、変動直後の2−3分間、貴金属系NOx 触媒の
NOx 浄化率が向上することが判明した。本発明では、
希薄燃焼用目標空燃比変動手段によって、リーンバーン
状態において目標空燃比が強制的にリッチとリーンとに
交互に変動されるので、上記の空燃比過渡状態によるN
Ox 浄化率向上の状態が強制的に繰返し作られることに
なり、排気浄化装置のNOx 浄化率が向上する。
【0008】
【実施例】以下に、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄
化装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。
図1〜図5は全実施例に共通な構成、作用を、図6、図
12は第1実施例を、図7、図8、図13は第2実施例
を、図9、図10、図14は第3実施例を、図11、図
15は第4実施例を、それぞれ、示している。
【0009】はじめに、図1−図5を参照して共通構
成、作用を説明する。図1に示すように、希薄燃焼可能
な内燃機関2(図示例はガソリンエンジンを示している
が、ディーゼルエンジンでもよい)の排気通路4には、
貴金属系NOx 触媒6が設置されている。貴金属系NO
x 触媒6は、たとえばPt、Pdなどの貴金属をアルミ
ナ、ゼオライトなどの担体に担持させた触媒から成る。
このうち、Pt/アルミナ触媒は、耐熱耐久性にとくに
優れ、空燃比リーンの排気中で、比較的低温域におい
て、NOx を浄化する。このような貴金属系NOx 触媒
のNOx 浄化率は、定常状態において、約40%程度で
あるが、本発明装置では、後述するように空燃比の過渡
状態を強制的に作って、排気浄化システムとしてのNO
x 浄化率を向上させてある。
【0010】内燃機関2の吸気系8または内燃機関2の
気筒に燃料を供給するために、燃料噴射弁10が設けら
れている。空燃比のフィードバック制御を行うために、
排気系4には空燃比センサ14(たとえば、酸素セン
サ)が設けられており、その出力はマイクロコンピュー
タから成る電子制御装置(ECU)12に入力されてい
る。また、ECU12での演算に用いるための機関運転
条件を知るために、吸気系8に吸気圧力センサ18、ス
ロットル開度センサ20が設けられ、またエンジンクラ
ンクシャフト12に連動させて駆動されるディストリビ
ュータにはエンジン回転数センサ16が内蔵されてお
り、それぞれのセンサ18、20、16の出力は、EC
U12に入力される。
【0011】ECU12は、CPU、ROM、RAM、
A/Dコンバータ、入力インタフェース、出力インタフ
ェースを有する。上記各種センサからの時々刻々変化す
る入力値は、アナログ信号はA/Dコンバータでディジ
タル信号に変えられ、ディジタル信号はそのまま、入力
インターフェースに入力され、RAMに一時記憶され、
CPUに読出されて演算が実行される。また、ROMは
図4−図11に示すようなプログラムを記憶しており、
これらのプログラムはCPUに読出され、演算が実行さ
れる。演算で求められた燃料噴射量の信号は、出力イン
タフェースを介して燃料噴射弁10に送られ、燃料噴射
弁10を前記信号に対応した時間だけ開弁して燃料噴射
を実行する。
【0012】図4は、ROMに記憶されCPUに読出さ
れて演算が実行される、空燃比制御のためのプログラム
から成る空燃比制御手段を示している。図4のプログラ
ムは、希薄燃焼用(FB)目標空燃比変動サブルーチン
を呼ぶステップ58を除けば、従来の空燃比制御プログ
ラム手段と同じである。
【0013】図4のプログラムを説明する。ステップ5
0で機関の運転状態、たとえばエンジン回転数NE(エ
ンジン回転数センサ16の出力)、吸気管負圧PM(吸
気圧力センサ18の出力、負荷に対応する信号)を読込
む。続いてステップ52に進み、図5のマップを利用し
て、機関運転状態に基づいて、基本燃料噴射量TPを求
める。TPはストイキ運転に対応する燃料噴射量であ
り、加速時等の出力運転時には、このTPの量だけの燃
料が噴射される。
【0014】続いてステップ54に進み、現在の運転条
件がリーンバーン条件にあるか否かを判定する。加速時
等の出力条件時には、ステップ74に進み、TAU=T
Pとおいてステップ76に進んで、TAUだけの燃料噴
射時間の燃料噴射を実行するが、リーンバーン条件時に
はステップ55でリーン補正係数KLEANを算出した
後ステップ56に進む。 ステップ56では、希薄燃焼
用(F/B)目標空燃比A/F−T(Tはターゲット)
を、図示略の希薄燃焼用マップを利用して、求める。従
来は、このままステップ60−72に進んで、実際の空
燃比A/Fが目標空燃比A/F−Tになるようにフィー
ドバック制御を行っていたのであるが、本発明では、ス
テップ56からステップ58に進み、希薄燃焼用(F/
B)目標空燃比を強制的にリッチ側とリーン側とに交互
に変化させる、F/B空燃比変動サブルーチンに進み、
該サブルーチンの演算が実行される。このF/B目標空
燃比サブルーチンは、希薄燃焼用目標空燃比変動手段を
構成する。この希薄燃焼用目標空燃比を変動手段は、図
6−図11にその第1実施例−第4実施例が示されてお
り、後述する。
【0015】ステップ58を経た後では、目標空燃比A
/F−Tはリッチ側とリーン側に交互に変動する状態に
ある。続いてステップ60に進み、空燃比センサ(A/
Fセンサ)14の出力を読み、ステップ62で該出力を
演算することにより、現在の、実際の空燃比A/Fを求
める。続いてステップ64に進み、目標空燃比A/F−
Tと実際の空燃比A/Fの差Dを求め、ステップ66で
Dがプラスならステップ68に進んで補正係数FAFを
αだけ小にし、ステップ66でDがマイナスならステッ
プ70に進んで補正係数FAFをαだけ大にして、ステ
ップ72に進む。ステップ72で燃料噴射時間TAUを
TP*KLEAN*FAFにより演算する。続いてステ
ップ66に進み、リーンの目標空燃比にするように補正
された燃料噴射の噴射実行処理をする。
【0016】図4の空燃比制御手段によって、出力運転
時には空燃比はストイキ(理論空燃比)に制御され、リ
ーンバーン条件時には、希薄燃焼用(F/B)目標空燃
比A/F−Tに制御される。ただし、リーンバーン条件
時には、ステップ58を通ることにより、希薄燃焼用目
標空燃比変動手段によって、目標空燃比A/F−Tはリ
ッチ側とリーン側に交互に変動されている。
【0017】目標空燃比A/F−Tをリッチ側とリーン
側に交互に変動させることにより生じるであろう作用効
果を、図2が示している。図2は、空燃比をリッチ側
(たとえば、ストイキ)とリーン側(たとえばA/F=
18.5)に変動させた場合の、10モード試験におけ
る、Pt/アルミナ触媒の入ガスのNOx濃度と出ガス
のNOx 濃度の時間的変化を示している。入ガスNOx
濃度と出ガスNOx 濃度の差が、Pt/アルミナ触媒に
よって浄化されたNOx 濃度分である。図2からわかる
ように、リッチ側とリーン側とに空燃比を変動させた直
後の2−3分間は、NOx 浄化率が異常に高くなってい
る。本発明の希薄燃焼用目標空燃比変動手段は、この空
燃比過渡状態を強制的に作り出して、排気浄化装置のN
Ox 浄化率を向上させる作用効果をもつことが理解され
る。
【0018】図3は、目標空燃比を変動させた場合の、
トルク変動および機関排出直後のNOx 濃度変動を示し
ている。図3に示すように、目標空燃比を変動させる
と、トルクも変動するが、余り大きく目標空燃比を変動
させるとトルクショックが出るので、トルクショックが
問題とならない程度の目標空燃比変動とする必要があ
る。たとえば、目標空燃比A/Fを1(リーン側)およ
び−1(リッチ側)に変動させる程度では、トルク変動
は問題にならないオーダであり、しかも図2に示すよう
な顕著なNOx 濃度低減作用をもつことが、発明者によ
る試験により確認された。
【0019】つぎに、実施例によって異なる構成、作用
を図6−図15を参照して説明する。 第1実施例(図6、図12) 図6は第1実施例における希薄燃焼用(F/B)目標空
燃比変動手段を示している。図6では、ステップ102
で、リーン補正フラグFLEANが1か0かを判定する
ことにより、目標空燃比をリーン側に補正すべき状態に
あるかリッチ側に補正すべき状態にあるかを判定する。
【0020】ステップ102で、リーン補正フラグFL
EANが1、すなわちリーン側に補正すべき状態にある
と判定されると、ステップ104に進む。ステップ10
4では、希薄燃焼用(F/B)目標空燃比A/F−T
を、1回の割込みあたり所定量だけ、リーン側に補正す
る。すなわち、A/F−Tを所定量だけ大にする。何回
かこのサブルーチンのステップ104を通っているうち
に、A/F−Tは次第に大きくなっていく。
【0021】続いてステップ106に進み、リーン補正
フラグFLEANが1にセットされると同時にカウント
を開始したタイマのカウント時間が所定時間を経過した
か否か、すなわち、目標空燃比がリーン側に補正され続
けている時間が所定時間を経過したか否かを判定する。
ステップ106で、所定時間を超えていなければ、その
ままリターンして、リーン補正を続ける。ステップ10
6で、所定時間を超えたと判定されると、ステップ10
8に進み、リーン補正フラグFLEANをリセットして
0とし、リッチ側補正のタイマをONにしてカウントを
開始し、ついでリターンする。
【0022】ステップ102で、リーン補正フラグFL
EANが0、すなわちリッチ側に補正すべき状態にある
と判定されると、ステップ110に進む。ステップ11
0では希薄燃焼用(F/B)目標空燃比AF/Tを、1
回の割込みあたり所定量だけ、リッチ側に補正する。つ
いでステップ112に進み、リッチ側補正のタイマカウ
ント時間が所定時間経過したか否かを判定し、経過して
いなければそのままリターンしてリッチ側補正を続け、
経過したならステップ114に進んで、リーン補正フラ
グFLEANを1にセットするとともに、リーン側補正
のタイマのカウントを開始する。
【0023】図6の希薄燃焼用目標空燃比変動手段によ
って、目標空燃比は図12に示すように、図4のステッ
プ56で演算された目標空燃比を中心にして、リッチ側
とリーン側とに交互に強制的に変動される。そして、リ
ーン補正フラグFLEANが1のときにリーン側に変化
され、FLEANが0のときにリッチ側に変化される。
【0024】第2実施例(図7、図8、図13) 第2実施例は、第1実施例において、目標空燃比をリッ
チ側、リーン側に変化させる時間tを、機関運転状態に
より変化させるようにし、よりきめ細かなNOx 低減の
ための空燃比制御をするプログラムである。すなわち、
図4の空燃比制御のステップ58でまず図7のプログラ
ムに入り、続いて図6のプログラムに入る。図7では、
ステップ202で機関運転状態NE、PMを読込み(ス
テップ50で読んだものを利用してもよい)、現在の運
転状態より、たとえば図8のマップを用いて、空燃比切
換え時間tを求める。これによって、tを最適なtに変
化させることができる。続いて、図6に入り、その後図
4のステップ60にリターンする。
【0025】第2実施例ではリッチとリーンとの切替時
間が変化するので、図13に示すように、リーン補正フ
ラグFLEANの1または0となっている時間が変化
し、空燃比の変動巾も変化する。
【0026】第3実施例(図9、図10、図14) 図9は第3実施例における希薄燃焼用(F/B)目標空
燃比変動手段を示している。第3実施例はリーン側とリ
ッチ側の目標空燃比変動巾αを特定した場合であり、図
示例ではα、−αに設定している。このようにαを特定
することによって、トルク変動が不測的に大にならない
ようにし、トルクショックが防止できる。図9では、ス
テップ302で、リーン補正をフラグFLEANが1か
0かを判定することによって、リーン側補正条件にある
かリッチ側補正条件にあるかを判定する。
【0027】リーン側補正条件にあればステップ304
に進み、希薄燃焼用(F/B)目標空燃比A/F−Tを
リーン側に補正して補正目標空燃比A/F−T´を求め
る。ついで、ステップ306で、割込み毎に増えていく
A/F−T´とA/F−Tとの差を求め、この差がαを
超える迄はそのままリターンしてリーン側補正を続け、
αを超えるとステップ308に進んで、FLEANを0
にリセットする。
【0028】ステップ302でFLEANが0、すなわ
ちリッチ側補正条件と判定された場合は、ステップ31
0に進み、希薄燃焼用(F/B)目標空燃比をリッチ側
に補正してA/F−T´を求める。ついでステップ31
2に進み、A/F−TとA/F−T´との差を求め、こ
の差がαを超えたか否かを判定する。αを超えていなけ
ればリターンしてリッチ側補正を続け、αを超えたな
ら、ステップ314に進んで、リーン補正フラグFLE
ANを1にセットする。第3実施例は、補正目標空燃比
がA/F−T´であるなら、図4のステップ64では図
10のステップ64´に示すように、A/F−T´とA
/Fの差から、TPの補正量を求めなければならない。
【0029】第3実施例では、目標空燃比は図14のよ
うに制御される。すなわち、FLEANが1のときは、
目標空燃比A/F−T´はリーン側に補正されていき、
図4のステップ56で求められた目標空燃比A/F−T
にαを加えた値になる迄、リーンにされていく。逆にF
LEANが0のときは、目標空燃比A/F−T´はリッ
チ側に補正されていき、図4のステップ56で求められ
たA/F−Tからαを引いた値になる迄、リッチにされ
ていく。
【0030】第4実施例(図11、図15) 第4実施例は、図4のステップ56で求められた目標空
燃比A/F−Tをリッチ側にのみ間欠的に振る場合を示
している。図11において、ステップ402で、リッチ
補正フラグFRICHが1か0かを判定することによ
り、リッチ化中か否かを判定する。
【0031】ステップ402で、FRICHが0、すな
わちリッチ化中でないと判定されると、ステップ404
に進む。ステップ404で、リーンタイマカウント時間
1 が所定リーン時間t1 を超える迄はリターンしてリ
ーン状態を続け、T1 がt1 を超えるとステップ406
へ進み、リッチ化処理をする。すなわち、ステップ40
6でリッチ補正フラグFRICHを1にセットし、ステ
ップ408でリッチカウントタイマのカウント時間T2
を0にクリアし、ステップ410で、図4のステップ5
6で求めた目標空燃比A/F−Tを、βだけリッチ側に
補正する。ついでリターンする。
【0032】ステップ402でFRICHが1、すなわ
ちリッチ化中と判定されると、ステップ412に進み、
リッチカウントタイマのカウント時間T2 が所定リッチ
時間t2 を超える迄は、ステップ410に進み、図4の
ステップ56を通るときに求めた目標空燃比A/F−T
を、βだけリッチ側に補正する。これによって、リッチ
化中は、目標空燃比はA/F−T−βに保たれる。
【0033】ステップ412でT2 がt2 を超えたと判
定されると、リーン側に戻すべきであるから、ステップ
414に進み、リッチ補正フラグFRICHを0にリセ
ットし、ついでステップ416でリーンカウントタイマ
のカウント時間T1 を0にクリアし、リターンする。
【0034】第4実施例では目標空燃比は図15のよう
に制御される。すなわち、リッチ補正フラグFRICH
が0のときは、目標空燃比は図4のステップ56で求め
たA/F−Tの値をとり、リッチ補正フラグFRICH
が1のときは、目標空燃比はA/F−Tからβだけひい
た値をとる。T1 、T2 はリーン状態、リッチ状態のタ
イマのカウント時間の変化を示す。
【0035】上記のように、目標空燃比はリッチ側、リ
ーン側に交互に変動される。第1−第4実施例の何れの
場合も、目標空燃比が振られることにより、過渡状態が
作り出され、図2の一時的NOx 浄化率の向上が得ら
れ、これを繰り返すことによって、空燃比リーンの運転
時間全体にわたって、NOx 浄化率が高められる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、空燃比制御手段(図4
のプログラム手段)に希薄燃焼用目標空燃比変動手段
(図6−図10のプログラム手段)を設けて、希薄燃焼
用の目標空燃比をリッチ側とリーン側に交互に変化させ
るようにしたので、過渡的なNOx 浄化率の向上(図
2)を繰返させることができ、空燃比リーンの運転時間
全体にわたって、排気ガス浄化装置のNOx 浄化率を向
上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気ガス浄
化装置の系統図である。
【図2】過渡状態におけるPt系NOx 触媒のNOx 浄
化特性図である。
【図3】空燃比を変動した場合のトルク変動、NOx 変
動を示すグラフである。
【図4】空燃比制御の制御フローチャートである。
【図5】図4のフローチャートで、機関運転条件から基
本燃料噴射量を求めるときに用いるマップである。
【図6】本発明の第1実施例における希薄燃焼用目標空
燃比変動サブルーチンのフローチャートである。
【図7】本発明の第2実施例において空燃比切換え時間
を変化させるときに用いるフローチャートである。
【図8】図7において、機関運転状態より空燃比切換え
時間を求めるときに用いるマップである。
【図9】本発明の第3実施例における希薄燃焼用目標空
燃比変動サブルーチンのフローチャートである。
【図10】第3実施例において、図4のステップ64に
とって代わるステップ64´を示すステップ図である。
【図11】本発明の第4実施例における希薄燃焼用目標
空燃比変動サブルーチンのフローチャートである。
【図12】本発明の第1実施例における目標空燃比変化
のタイムチャートである。
【図13】本発明の第2実施例における目標空燃比変化
のタイムチャートである。
【図14】本発明の第3実施例における目標空燃比変化
のタイムチャートである。
【図15】本発明の第4実施例における目標空燃比変化
のタイムチャートである。
【符号の説明】
2 内燃機関 4 排気系 6 貴金属系NOx 触媒 8 吸気系 10 燃料噴射弁 12 ECU 14 空燃比センサ 16 エンジン回転数センサ 18 吸気圧力センサ 20 スロットル開度センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希薄燃焼可能な内燃機関およびその吸、
    排気系と、 前記排気系に設置された、アルミナまたはゼオライトに
    貴金属を担持させたNOx 触媒と、 前記吸気系または前記内燃機関に燃料を供給する燃料噴
    射弁と、 前記排気系に設置された空燃比センサと、 前記燃料噴射弁および前記空燃比センサに接続された電
    子制御装置に記憶されたプログラム手段から成り、前記
    内燃機関の運転条件が希薄燃焼条件にあるときは、希薄
    燃焼用の目標空燃比を求め、内燃機関の実際の空燃比を
    前記目標空燃比にフィードバック制御するステップを含
    んでいる、空燃比制御手段と、 前記空燃比制御手段中
    の前記希薄燃焼用の目標空燃比をリッチ側とリーン側に
    交互に変化させる希薄燃焼用目標空燃比変動手段と、を
    備えた内燃機関の排気ガス浄化装置。
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