JPH0693847A

JPH0693847A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0693847A
Application number: JP24522892A
Authority: JP
Inventors: Mikio Matsumoto; 幹雄松本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】内燃機関における効率の良いＨＣ脱離を可能と
する。【構成】機関１の冷温時にバイパス通路６を開通して吸
着剤５に排気中のＨＣを吸着させる。また、排気温度が
上昇し、さらに排気流量、排気温度等が変化しないとき
吸着剤５からＨＣを脱離させ、脱離前後の吸着剤５下流
の空燃比の変化により該脱離の終了を判定する。さら
に、制御弁７，８の開度を制御してバイパス通路６への
排気の分流比を制御することにより、排気浄化用触媒３
のＨＣ浄化性能に見合った量のＨＣを脱離させるように
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、特に排気中のＨＣを一時的に吸着する機能を
備えた装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用の内燃機関においては排気浄化の
ため、排気通路中に排気中のＨＣ (未燃ガス) ，ＣＯを
Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂に酸化する一方、ＮＯ_XをＮ₂に還元し
て浄化する三元浄化触媒と称される排気浄化用触媒が介
装されている。ところで前記排気中の有害成分の中、Ｈ
Ｃの排出量は特に排気温度に影響されやすい。即ち、貴
金属触媒を使用する場合でも、ＨＣの浄化には一般に３
００℃以上の触媒温度を必要とする。そのため、前記三
元触媒を備えただけの排気浄化装置では、機関の冷温始
動直後など排気温度の低い時には、ＨＣは前記触媒によ
って浄化され難い。

【０００３】このため、車両用の排気浄化装置として、
特開昭６３−６８７１３号公報に示されるように、前記
排気浄化用触媒の上流側の排気通路にＨＣを吸着するた
めの吸着材を介装したものが提案されている。このもの
では、吸着材が低温時にはＨＣを吸着し、高温になると
吸着されたＨＣを脱離する特性を有していることを利用
し、排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部に前記吸着
材を介装したバイパス通路を並列に接続して、主通路と
バイパス通路とを選択的に開閉自由な構成としている。
そして、排気浄化用触媒が活性化される前の低温時に前
記バイパス通路を開いて、ＨＣを吸着材に吸着してお
き、一旦バイパス通路を閉じた後、高温になって排気浄
化用触媒が活性化してから再度バイパス通路を開いて、
吸着されたＨＣを脱離させて排気浄化用触媒で浄化する
ようにしている。ここで、吸着材としては、ゼオライト
が吸着性に優れていることから、例えばモノリス担体に
ゼオライトをコーティングしたものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる吸着
材を備えた排気浄化装置においては、従来吸着時に吸着
剤に吸着されたＨＣの量、あるいは脱離時に吸着剤に残
っているＨＣの量を知ることなく脱離動作を行ってい
る。このため、次の吸着時における吸着能力を最大限に
確保すべく脱離を完了しておく必要があるので、脱離時
間を必要以上に長めに設定してあり、脱離後の吸着の再
開時期に遅れを来たし、また、高温の排気に晒される時
間が増大して吸着剤の熱劣化を早めたり、排気が必要以
上に吸着剤を通過することにより、脱離初期には比較的
低温の該吸着剤により排気が冷却され、該吸着剤の下流
に備えられる排気浄化用触媒へ流入する排気温度が低下
し、該排気浄化用触媒の活性が保たれず、浄化率が低下
する惧れもある。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、ＨＣの脱離の前後における空燃比に基
づいて、吸着剤からのＨＣの脱離が完了したか否かの判
定を確実に行うことにより、効率の良い脱離を可能と
し、吸着剤の温度劣化の低減、燃費の向上またエミッシ
ョンの向上を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、図１
に示すように、機関の排気通路に排気浄化用触媒を備え
ると共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部
を、主通路と該主通路に並列に接続され排気中のＨＣを
低温時に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着剤を
介装したバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパ
ス通路との排気の分流比を制御しつつ、排気浄化用触媒
の活性化前の低温状態で吸着剤に排気中のＨＣを吸着
し、排気浄化用触媒の活性化後の高温状態で吸着剤に吸
着されたＨＣを脱離して、排気浄化用触媒により浄化さ
せるようにした内燃機関の排気浄化装置において、該吸
着材から排気中のＨＣを脱離可能か否かを判定する吸着
材脱離条件判定手段と、該機関が定常運転状態にあるか
否かを検出する定常運転状態検出手段と、該吸着剤の下
流側の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段とを設
け、機関が定常運転状態にあるときの前記ＨＣの脱離の
前後における前記空燃比に基づいて、当該脱離が終了し
たか否かを判断する脱離終了判定手段と、を含んで構成
した。

【０００７】また、前記脱離終了判定手段の判定結果に
基づいて前記主通路とバイパス通路との排気の分流比を
制御する手段を含んで構成してもよい。更に、前記空燃
比検出手段は、前記ＨＣの脱離の前後における前記空燃
比の変化量を演算する空燃比変化量演算手段であっても
よい。また、前記空燃比検出手段は、前記ＨＣの脱離開
始後の所定タイミングにおけるＨＣ濃度を検出するＨＣ
濃度検出手段であってもよい。

【０００８】

【作用】吸着材脱離条件判定手段により、吸着材から
排気中のＨＣが脱離可能であることが判定され、定常運
転状態検出手段により、該機関が定常運転状態にあるこ
とが検出されると、吸着剤に吸着されたＨＣを脱離し、
該脱離前後における前記空燃比に基づいて、脱離終了判
定手段が、当該脱離が終了したか否かを判断する。

【０００９】即ち、前記空燃比が変化していないと判断
された場合は、定常運転状態において、吸着剤からの脱
離を行うべくバイパス通路全開側に分流比を制御したに
もかかわらず、既に吸着剤からの脱離は終了しているの
で、脱離動作を開始してから、該脱離動作が終了するま
での間に、ＨＣは脱離されず、もって前記空燃比も変化
しないと判断できるものである。一方、前記空燃比が変
化したと判断された場合は、吸着剤からの脱離を行うべ
く、バイパス通路全開側に分流比を制御したことによ
り、吸着剤から脱離したＨＣにより、前記空燃比が変化
したと判断できるものである。

【００１０】更に、前記ＨＣの脱離の前後における前記
空燃比の変化量を演算することにより空燃比変化量を演
算すると、該空燃比変化量と吸着剤に残存するＨＣ量と
の相関関係を求めることは可能であるので、残存ＨＣ量
を求めることが可能となる。また、前記のようにして吸
着剤に吸着されているＨＣの残量がわかれば、脱離時に
排気浄化用触媒のＨＣ浄化性能を考慮して、主通路とバ
イパス通路との排気の分流比を制御することにより、排
気浄化用触媒で処理しうるだけのＨＣが過不足なく脱離
されるようにバイパス通路，即ち、吸着剤への排気流量
を制御することができ、ＨＣ浄化性能を確保しつつ脱離
動作時間を短縮して、吸着剤の再生を早めることができ
る。

【００１１】そして、推定された吸着剤のＨＣ残量が充
分少なくなって脱離が完了されたと判定された場合に、
バイパス通路を閉じ主通路を全開とすることによって、
吸着剤への排気流通を停止して排気抵抗を減少させて燃
費を改善できると共に、吸着剤の熱的劣化を抑制でき
る。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。本発明の一実施例の構成を示す図２において、内燃
機関１の排気通路２には、排気浄化用触媒 (三元触媒)
３が介装され、該排気浄化用触媒３より上流側の排気通
路２の一部が主通路４と、該主通路４と並列に接続され
吸着材５を介装したバイパス通路６とで構成されてい
る。前記主通路４とバイパス通路６との上流側と下流側
の分岐点には、これら主通路４とバイパス通路６との開
度比を連続的に連動制御して排気の分流比を制御する手
段として、例えば電磁式の制御弁７，８が介装されてい
る。尚、簡易的には上流側又は下流側の分岐点の一方の
みに制御弁を設けてもよい。

【００１３】また、前記吸着剤５下流のバイパス通路６
には排気温度Ｔ_Eを検出することにより吸着剤の温度を
検出する手段となる温度センサ９が装着されている。前
記温度センサ９の他、機関冷却水温度 (水温) Ｔ_Wを検
出する水温センサ10、機関回転数Ｎを検出する回転数セ
ンサ11が設けられ、これらセンサ類からの各検出信号及
び別途演算された基本燃料噴射量Ｔ_Pが機関負荷の検出
信号としてコントロールユニット12に出力される。

【００１４】さらに、前記電磁式の制御弁８と三元触媒
３との間の排気通路２には、排気通路内を流れる排気の
空燃比を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ
15が設けられる。コントロールユニット12は、これら信
号に基づいて排気中ＨＣの吸着及び脱離制御を行う。

【００１５】前記コントロールユニット12による排気中
ＨＣの吸着及び脱離制御を図３に示したフローチャート
に従って説明する。ステップ (図ではＳと記す。以下同
様) １では、前記各センサ類で検出された水温Ｔ_W，機
関回転数Ｎ及び別ルーチンで演算された基本燃料噴射量
Ｔ_Pを読み込む。

【００１６】ステップ２では、吸着剤５にＨＣを吸着す
る運転条件か否かを判定する。具体的には、水温Ｔ_Wが
所定値以下であって、排気浄化用触媒３が非活性状態で
ＨＣの浄化性能が低く、かつ、吸着剤５のＨＣ吸着剤能
力は十分高い条件をＨＣの吸着条件とする。前記ステッ
プ２でＨＣの吸着条件と判定された場合は、ステップ３
へ進み、制御弁７，８をバイパス通路６側を全開 (以下
バイパス通路６側を基準とする) として、ステップ４に
おいて吸着を行い、リターンする。

【００１７】そして、吸着剤５への吸着が遂行され、水
温の上昇と共に吸着剤５温度が上昇してステップ２での
吸着条件が満たされなくなったと判定されると、ステッ
プ10以下にへ進み、今度は吸着剤５から吸着されている
ＨＣを脱離する条件を満たしているか否かを判定する。
具体的には水温Ｔ_Wや排気温度Ｔ_Eが所定温度以上であ
ることの検出或いは始動後の所定時間が経過しているこ
と等から排気浄化用触媒３が活性化される温度に達して
いることが検出され、かつ、空燃比センサ15や運転条件
の検出値等から空燃比が過濃でないことが検出され、か
つ、吸着剤５に流入する排気の温度が所定値以上である
ことが検出され、かつ、機関回転数及び負荷等で検出さ
れる排気流量が所定値以上であることを検出されたとき
等を脱離条件とする。

【００１８】前記ステップ２の吸着剤５への吸着条件が
満たされなくなってから、前記脱離条件が満たされるま
でには通常時間があり、その間はステップ11へ進んで、
制御弁７，８を主通路４全開側に切り換え、バイパス通
路６を閉じる。これにより、吸着剤５には排気が流れな
いので、その後吸着剤５温度がＨＣを脱離する温度に達
しても制御弁７，８が閉じている間はＨＣを脱離するこ
となく、ＨＣを保持している。

【００１９】その後、水温Ｔ_Wや排気温度等の上昇によ
って排気浄化用触媒３が活性化されるなどしてステップ
10の脱離条件が満たされると、ステップ12以降に進んで
脱離動作が開始される。先ず、ステップ12では、運転条
件が、脱離動作を開始してから、該脱離動作が終了する
までの間に排気流量や排気温度等が変わらないような運
転条件，即ち脱離の条件また空燃比の状態が変わらない
ような運転条件の範囲にあるか否かを判断するために、
現在の機関回転数Ｎ及び別ルーチンで演算された基本燃
料噴射量Ｔ_Pを再度読込む。

【００２０】ステップ13では、前記ステップ12で読込ん
だ機関回転数Ｎ及び基本燃料噴射量Ｔ_Pにより決定され
る運転条件に対して、排気流量や排気温度や空燃比等が
変わらないような運転条件となる定常判定範囲を領域と
して決定する。ステップ14では、空燃比センサ15により
吸着剤５下流の排気通路２内を流れる排気の空燃比を検
出し、Ａ／Ｆ１として記憶する。

【００２１】ステップ15では、制御弁７，８をバイパス
通路６全開側に切り換え、主通路４を閉じることによ
り、吸着剤５からの脱離を開始する。ステップ16では、
再度、空燃比センサ15により吸着剤５下流の排気通路２
内を流れる排気の空燃比を検出し、Ａ／Ｆ２として記憶
する。ステップ17では、ステップ16において空燃比を検
出した後の機関回転数Ｎ及び別ルーチンで演算された基
本燃料噴射量Ｔ_Pを読込む。

【００２２】ステップ18では、脱離動作を開始してか
ら、該脱離動作が終了するまでの間、即ちステップ14に
おいて空燃比を検出し、ステップ16において空燃比を検
出するまでの間に、運転条件が前記ステップ13で設定し
た定常判定範囲領域にあるか否かを判断する。そして、
運転条件が前記定常判定範囲領域外にあると判断された
場合は、運転条件が過渡条件であると判断できる。この
場合は、空燃比も該過渡状態の影響を受けるため、空燃
比センサ15により検出される吸着剤５下流の空燃比も、
吸着剤５からの脱離の有無による変化では無く、該過渡
状態によるものであると考えることができるため、さら
に、判断途中で脱離の条件が変わってしまったことも考
えられるため、脱離完了か否かの判断を行うことなく、
リターンする。

【００２３】一方、ステップ18において、運転条件が前
記定常判定範囲領域内にあると判断された場合は、運転
状態は定常状態で、かつ脱離条件が満たされている状態
であるとして、ステップ19に進み、前記Ａ／Ｆ１とＡ／
Ｆ２との比較を行う。そして、Ａ／Ｆ１＝Ａ／Ｆ２と判
断された場合（ＹＥＳ）は、吸着剤５からの脱離を行う
べく、制御弁７，８をバイパス通路６全開側に切り換え
たにもかかわらず、既に吸着剤５からの脱離は終了して
いるので、脱離動作を開始してから、該脱離動作が終了
するまでの間に、ＨＣは脱離されず、もって吸着剤５下
流の空燃比には変化がないと判断できる場合である。

【００２４】従って、ステップ20へ進んで制御弁７，８
によりバイパス通路６を全閉とし、主通路４を全開とす
るように制御する。これにより、排気の略全量が主通路
４に流れ、バイパス通路６には排気が流れないので、吸
着剤５に高温な排気が無駄に流れることを防止して吸着
剤５の熱的劣化を抑制できると共に、吸着剤５通過時の
排気抵抗増大による燃費の悪化を抑制できる。

【００２５】一方、Ａ／Ｆ１≠Ａ／Ｆ２と判断された場
合（ＮＯ）は、吸着剤５からの脱離を行うべく、制御弁
７，８をバイパス通路６全開側に切り換えたことによ
り、吸着剤５から脱離したＨＣにより、吸着剤５下流の
空燃比がリッチとなり、もって脱離動作を開始してか
ら、該脱離動作が終了するまでの間に、空燃比が変化し
たと判断できる場合である。尚、本実施例では、Ａ／Ｆ
１≠Ａ／Ｆ２として判定したが、Ａ／Ｆ１＞Ａ／Ｆ２
（Ａ／Ｆ２の方がリッチ）として判定してもよい。

【００２６】尚、空燃比フィードバック制御により、空
燃比が理論空燃比になるように制御されるが、当該フィ
ードバック制御によってもＡ／Ｆ１及びＡ／Ｆ２は変化
する。しかしながら、当該フィードバック制御による空
燃比の変化は前記脱離の有無による空燃比の変化に較べ
小さいので、前述したように、Ａ／Ｆ１とＡ／Ｆ２とを
比較することによるＨＣの脱離完了の判断は可能とな
る。

【００２７】従って、ステップ21へ進んで、ＨＣの残量
に基づいて制御弁７，８の開度比を制御して主通路４と
バイパス通路６との分流比を制御する。ここで、排気浄
化用触媒３の活性化され状態でのＨＣ浄化能力に見合っ
た量のＨＣが過不足なく脱離されるようにバイパス通路
６への排気流量を制御すべく、制御弁７，８の開度比を
制御して分流比が制御される。

【００２８】ここで、前記分流比を設定する制御につい
て、図４に示すフローチャート等を参照しつつ、説明す
る。ステップ31では、前記脱離制御を行った際に、ステ
ップ14で記憶したＡ／Ｆ１及びステップ16で記憶したＡ
／Ｆ２を読込む。ステップ32では、前記空燃比センサ15
の出力の変化値ΔＡ／Ｆ（＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１）を演
算する。

【００２９】ここで、吸着剤５への吸着は先ず脱離開始
後は吸着剤が暖まる途中であり除々に脱離が激しくな
り、その後、脱離により残存ＨＣ量が減少し脱離が落ち
つく特性を有している。さらに、吸着剤５に吸着されて
いる残存ＨＣ量の違いにより、該ＨＣの脱離の様子は、
図５に示すようになる。即ち、残存ＨＣ量が多いほど脱
離開始からの経過時間ｔが所定時間（ｔ₁）におけるＨ
Ｃ濃度が高くなる（Ｃ＜Ｂ＜Ａ）。従って、脱離開始か
ら所定時間（ｔ₁）後のＨＣ濃度を検出することにより
残存ＨＣ量がどれくらいかを求めることが可能となる。

【００３０】ここで、ＨＣ濃度により酸素の不足量が決
定され、空燃比センサ15により当該酸素量が検出される
ものである。従って、予め実験等により、図６に示すよ
うな、空燃比センサ15の出力値と残存ＨＣ量との相関関
係を求めておくことにより、空燃比センサ15の出力によ
り、残存ＨＣ量を求めることが可能となる。また、空燃
比センサ15に代わり、直接ＨＣ濃度を検出するＨＣセン
サを用いてもよい。

【００３１】従って、ステップ33では、前記変化値ΔＡ
／Ｆから、例えば図６を用いて残存ＨＣ量を求める。ス
テップ34では、残存ＨＣ量に基づいて、吸着剤５へのＨ
Ｃの残量が多いときほど、脱離量が増大するので、脱離
量を浄化能力に見合った所定値に保持すべく図７に示す
ように設定された分流比 (バイパス通路６の全開を１，
全閉を０とする) に制御する。

【００３２】従って、吸着剤５からのＨＣの脱離が完了
したか否かの判定を確実に行うことが可能となり、排気
の略全量が主通路４に流れ、バイパス通路６には排気が
流れないので、効率の良い脱離を可能とし、吸着剤５へ
排気を余計に流すことによる該吸着剤５の温度劣化の低
減が防止できる。更に、排気が吸着剤５に必要以上に晒
されることにより、脱離初期には比較的低温の該吸着剤
により排気が冷却され、該吸着剤５の下流に備えられる
三元触媒３へ流入する排気温度が低下し、該三元触媒５
の活性が保たれず、浄化率が低下することも防止でき
る。

【００３３】尚、以上説明した実施例において用いられ
た空燃比センサ15は所謂、広域空燃比センサであるが、
酸素センサを用いる場合は、空燃比フィードバック制御
を一次的に中止した状態で判断するか、或いは、空燃比
フィードバック制御の制御周期と極端に異なる周期で脱
離を行う周期を設定し、該脱離による酸素センサの出力
のオン・オフを判断すればよい。

【００３４】また、酸素センサを用いる場合は、前記ス
テップ14及び16において、吸着剤５下流の排気通路２内
を流れる排気の空燃比を検出する際に、所定の検出時間
を設定し、当該検出時間に検出される酸素センサの出力
の平均値を演算し、当該平均値をＡ／Ｆ１及びＡ／Ｆ２
として記憶してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、機関が定常運転状態にあるときのＨＣの脱離の前後
における吸着剤の下流側の排気の空燃比に基づいて、当
該脱離が終了したか否かを判断する構成としたため、吸
着剤からのＨＣの脱離が完了したか否かの判定を確実に
行うことが可能となり、効率の良い脱離が可能となり、
吸着剤への過剰な排気流通に係る該吸着剤の熱劣化の低
減や、排気抵抗の増大に伴う燃費の悪化を防止でき、更
に、三元触媒の活性化を良好に保つことが可能となっ
て、良好なエミッションを得ることが可能となる。

【００３６】そして、脱離終了判定の結果に基づいて、
主通路とバイパス通路との開度比を制御し、残量が充分
少なくなって脱離の完了を検出したときにバイパス通路
を全閉とすることにより、排気浄化用触媒のＨＣ浄化能
力に見合った量のＨＣを過不足なく脱離させることがで
き、ＨＣ浄化性能を良好に維持しつつ、可及的に脱離時
間を短縮でき、吸着剤の再生を早めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成，機能を示すブロック図

【図２】本発明の一実施例のシステム構成を示す図

【図３】同上実施例のＨＣの吸着，脱離制御ルーチンを
示すフローチャート

【図４】同上脱離制御ルーチンにおいて分流比を演算す
る分流比制御ルーチンを示すフローチャート

【図５】残存ＨＣ量によるＨＣ濃度の時間変化を示す線
図

【図６】残存ＨＣ量と空燃比センサ出力との関係を示す
線図

【図７】同じく、残存ＨＣ残量に対する主通路とバイパ
ス通路との分流比を設定した線図

【符号の説明】

１内燃機関２排気通路３排気浄化用触媒４主通路５吸着材６バイパス通路７，８制御弁 11 回転数センサ 12 コントロールユニット 15 空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｇ 7536−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の排気通路に排気浄化用触媒を備える
と共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部を、
主通路と該主通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温
時に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着剤を介装
したバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパス通
路との排気の分流比を制御しつつ、排気浄化用触媒の活
性化前の低温状態で吸着剤に排気中のＨＣを吸着し、排
気浄化用触媒の活性化後の高温状態で吸着剤に吸着され
たＨＣを脱離して、排気浄化用触媒により浄化させるよ
うにした内燃機関の排気浄化装置において、該吸着材から排気中のＨＣを脱離可能か否かを判定する
吸着材脱離条件判定手段と、該機関が定常運転状態にあ
るか否かを検出する定常運転状態検出手段と、該吸着剤
の下流側の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段とを
設け、機関が定常運転状態にあるときの前記ＨＣの脱離
の前後における前記空燃比に基づいて、当該脱離が終了
したか否かを判断する脱離終了判定手段と、を含んで構
成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記脱離終了判定手段の判定結果に基づい
て前記主通路とバイパス通路との排気の分流比を制御す
る手段を含んで構成したことを特徴とする請求項１に記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記空燃比検出手段は、前記ＨＣの脱離の
前後における前記空燃比の変化量を演算する空燃比変化
量演算手段であることを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記空燃比検出手段は、前記ＨＣの脱離開
始後の所定タイミングにおけるＨＣ濃度を検出するＨＣ
濃度検出手段であることを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。