JPH11117789A - 内燃機関の排気ガス浄化制御装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化制御装置

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JPH11117789A
JPH11117789A JP9286950A JP28695097A JPH11117789A JP H11117789 A JPH11117789 A JP H11117789A JP 9286950 A JP9286950 A JP 9286950A JP 28695097 A JP28695097 A JP 28695097A JP H11117789 A JPH11117789 A JP H11117789A
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーン運転を広範囲に行い、NOxを的確に
低減する。 【解決手段】 NOx吸収・吸蔵型触媒を配置した内燃
機関において、NOx吸収・吸蔵型触媒15に吸収され
たNOx吸収量を算出するNOx吸収量算出手段と、N
Ox吸収量算出手段により算出されたNOx吸収量に応
じて判定値を設定する判定値設定手段と、機関の加速状
態を検出する加速状態検出手段と、加速状態検出手段に
より検出された加速状態が判定値設定手段により設定さ
れた判定値を越えたときに、機関に供給する混合気の空
燃比を、排気ガスが還元雰囲気となる所定のリッチ空燃
比に切替える空燃比切替手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、所要の運転条件
下にて理論空燃比よりも希薄側のリーン空燃比運転を行
う内燃機関の排気ガス浄化制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リーン空燃比で運転される内燃機関の排
気ガス浄化装置として、排気通路にNOx吸収・吸蔵型
触媒を配置して、NOx吸収・吸蔵型触媒により、リー
ン空燃比での運転時に機関から排出されるNOxを吸収
すると共に、NOxの吸収後、リッチ空燃比で運転し
て、NOx吸収・吸蔵型触媒が吸収していたNOxを放
出させ、これを排気中に含まれるHC,COにより浄化
(還元)する技術が知られている。
【0003】このNOx吸収・吸蔵型触媒は、吸収でき
るNOx量が決まっているので、NOx吸収量がNOx
吸収・吸蔵型触媒の飽和量を越えないようにする必要が
ある。
【0004】そのため、基本的には、運転状態から推定
される機関のNOx排出量を積算した積算値やリーン空
燃比運転の継続時間から推定されるNOxの総排出量が
NOx吸収・吸蔵型触媒の飽和量に近付くと、空燃比を
スパイク的にリッチ化させ、吸収していたNOxを放
出、浄化するようにしている(特開平7ー103033
号公報等)。
【0005】また、機関の高いトルクが必要とされる急
加速時に空燃比をリッチ化することが一般的に行われて
いるため、このときの空燃比をよりリッチに制御して、
NOxの放出、浄化を行いつつ、加速フィーリングを向
上させるものがある(特開平6ー58185号公報
等)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術にあっては、NOx吸収量にのみ着目して
おり、NOx吸収・吸蔵型触媒のNOxの吸収効率つま
りNOx吸収・吸蔵型触媒が単位時間当たりに吸収でき
るNOx量を考慮していなかった。
【0007】NOx吸収・吸蔵型触媒に短時間のうちに
多量のNOxが流入すると、触媒のNOx吸収反応が追
い付かず、NOx吸収量が飽和に達していなくても、一
部のNOxがNOx吸収・吸蔵型触媒を通過して触媒下
流に流出してしまう場合がある。
【0008】このNOx吸収・吸蔵型触媒の吸収効率
は、既に吸収しているNOx吸収量の影響を受けること
が分かった。具体的には、NOx吸収量が少ないときは
吸収効率が高く、NOx吸収量が飽和に近付くにつれて
吸収効率が低下してくる。
【0009】したがって、リーン空燃比の運転中、定常
運転時のように排気ガス中のNOx濃度が低く、ガス流
量も少ないときは、NOx吸収・吸蔵型触媒の吸収効率
が多少低下していても、NOx吸収流量が飽和に達する
までは、取りこぼしなくNOxを吸収することができる
が、排気ガス中のNOx濃度が高く、ガス流量も多い加
速運転時に、NOx吸収・吸蔵型触媒の吸収効率が低下
した状態であると、NOx吸収量が飽和に達する前であ
っても、触媒に流入してくるNOxを吸収しきれず、触
媒を通過してしまうNOx量が増大するのである。
【0010】燃費を向上させるためには、できるだけ広
範囲な運転条件でリーン空燃比運転を行う必要があり、
そのため通常の加速運転時にはリーン空燃比のまま運転
を行うことが多く、特開平6ー58185号のように所
定の急加速時のみリッチ化を行っているものでは、上記
の問題が発生する可能性が大きい。また、特開平7ー1
03033号のようにNOxが飽和量に近付いたときに
リッチ化を行うものも、上記の問題は避けられない。
【0011】この発明は、NOx吸収・吸蔵型触媒のN
Ox吸収量と加速状態に基づく機関のNOx排出量とを
条件に、リッチ制御を行うようにして、NOxを的確に
吸収、浄化できる排気ガス浄化制御装置を提供すること
を目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、所要の運
転条件下にて理論空燃比よりも希薄側のリーン空燃比運
転を行う一方、排気通路に酸化雰囲気中でNOxを吸収
し還元雰囲気中で吸収したNOxを放出して浄化するN
Ox吸収・吸蔵型触媒を配置した内燃機関において、N
Ox吸収・吸蔵型触媒に吸収されたNOx吸収量を算出
するNOx吸収量算出手段と、NOx吸収量算出手段に
より算出されたNOx吸収量に応じて判定値を設定する
判定値設定手段と、機関の加速状態を検出する加速状態
検出手段と、加速状態検出手段により検出された加速状
態が判定値設定手段により設定された判定値を越えたと
きに、機関に供給する混合気の空燃比を、排気ガスが還
元雰囲気となる所定のリッチ空燃比に切替える空燃比切
替手段と、を備える。
【0013】第2の発明は、第1の発明において、判定
値設定手段は、NOx吸収・吸蔵型触媒のNOx吸収量
が多いほど判定値を小さく設定する。
【0014】第3の発明は、第1、第2の発明におい
て、NOx吸収・吸蔵型触媒の温度を検出する触媒温度
検出手段と、触媒温度に応じて判定値を修正する修正手
段とを有する。
【0015】第4の発明は、第1〜第3の発明におい
て、NOx吸収・吸蔵型触媒の劣化度を検出する触媒劣
化検出手段と、触媒劣化度が大きいほど判定値を小さく
修正する修正手段とを有する。
【0016】
【発明の効果】第1、第2の発明によれば、加速状態
が、現在のNOx吸収・吸蔵型触媒のNOxの吸収効率
ではその加速に伴い流入するNOxを十分に吸収しきれ
ないような加速状態である場合、機関に供給する混合気
の空燃比が、排気ガスが還元雰囲気となる所定のリッチ
空燃比に切替えられる。したがって、NOx吸収・吸蔵
型触媒に吸収されていたNOxが放出、浄化されると同
時に、NOx吸収・吸蔵型触媒のNOxの吸収効率を最
大に回復させて、NOxの取りこぼしを可能な限り減ら
すことができる。
【0017】また、加速状態が、現在のNOx吸収・吸
蔵型触媒のNOxの吸収効率のままでもその加速に伴い
流入するNOxを十分に吸収できるような加速状態であ
る場合、リッチ空燃比への切替えは行われず、したがっ
て、リーン運転を広範囲に行え、運転性、燃費を向上で
きる。
【0018】第3の発明によれば、NOx吸収・吸蔵型
触媒の温度によるNOxの吸収効率の変化に対して、N
Oxの吸収、放出、浄化を的確に行うことができる。
【0019】第4の発明によれば、NOx吸収・吸蔵型
触媒に劣化があった場合にも、NOxの吸収、放出、浄
化を的確に行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0021】図1において、10はエンジン本体、11
は吸気通路(吸気管)、12は排気通路(排気管)を示
し、エンジン本体10には燃焼室内に直接的に燃料を噴
射する燃料噴射弁13が設けられる。
【0022】燃料噴射弁13からは、機関低・中負荷域
等、燃料が圧縮行程の後半に噴射され、圧縮上死点で点
火栓14の近傍にのみ可燃混合気層を形成し、全体の空
燃比がA/F=40を越える超リーン空燃比の混合気の
成層燃焼を行い、機関高負荷域等では燃料が吸気行程で
噴射され、燃焼室全体で燃料と空気を予混合し、理論空
燃比付近の混合気での均質燃焼を行うようになってい
る。
【0023】排気通路12にはNOx吸収・吸蔵型触媒
15が配置される。NOx吸収・吸蔵型触媒15は、ア
ルミナ等に担体上に、白金Ptのような貴金属と、カリ
ウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCs
のようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCa
のようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムY
のような希土類の少なくとも1つとが担持される。
【0024】このNOx吸収・吸蔵型触媒15として、
白金Pt、バリウムBaを用いたものを例に述べると、
リーン空燃比での運転時(排気は酸化雰囲気)に機関か
ら排出されるNOxは、白金Pt上で酸素O2と結びつ
き、バリウムBaによって硝酸バリウムの形態をもって
吸収される。この状態にて、理論空燃比以上のリッチ空
燃比で運転すると(排気は還元雰囲気)、吸収したNO
xが放出され、排気ガス中に含まれるHC,COの働き
によって還元される。
【0025】排気通路12のNOx吸収・吸蔵型触媒1
5の上流側と下流側には、それぞれ排気ガス中の酸素濃
度に比例した出力を発生する第1、第2の空燃比センサ
16,17が、NOx吸収・吸蔵型触媒15には、NO
x吸収・吸蔵型触媒15の温度を検出する触媒温度セン
サ18設置され、これらの出力はコントロールユニット
20に入力される。
【0026】また、機関の運転条件を検出する手段とし
て、機関の回転数、クランク角を検出する回転数センサ
(クランク角センサ)21、機関の吸入空気量(負荷)
を検出する吸気センサ22、スロットル開度を検出する
スロットル開度センサ23、機関の冷却水温を検出する
水温センサ24等が設けられ、これらの信号もコントロ
ールユニット20に入力される。
【0027】これらのセンサ出力、信号に基づき、コン
トロールユニット20によって、運転条件に応じてリー
ン運転(成層燃焼運転)とストイキ運転(均質燃焼運
転)を行うように、燃料噴射弁13の燃料噴射量、噴射
時期が制御されると共に、リーン運転時に、加速状態に
基づく機関のNOx排出量、NOx吸収・吸蔵型触媒1
5のNOx吸収量等を条件に、一時的に排気を還元雰囲
気にするように所定のリッチ化制御がつまり燃料噴射弁
13からの燃料噴射量を一時的にリッチ化するリッチス
パイク制御が行われる。
【0028】次に、このリッチスパイク制御を図2〜図
4のフローチャートに基づいて説明する。なお、これら
のフローは所定の制御周期で実行する。
【0029】図2のメインルーチンにおいて、ステップ
1では機関の回転数、クランク角、機関の吸入空気量、
スロットル開度TVO、機関の冷却水温等を読み込む。
この際、単位時間当たりのスロットル開度の変位ΔTV
Oを算出する。
【0030】ステップ2では、これらの信号に基づいて
燃料噴射弁13を制御する。
【0031】この場合、機関低・中負荷域等ではリーン
空燃比のリーン運転を、機関高負荷域等では理論空燃比
のストイキ運転を行うように、燃料噴射弁13の燃料噴
射量、噴射時期を制御する。
【0032】この一方、加速時にリッチスパイク許可
(後述する)の指令があると、その加速初期に所定のリ
ッチスパイク量R1、リッチスパイク時間T1のリッチ
スパイクを行うように、燃料噴射弁13の燃料噴射量、
噴射時期を制御する。
【0033】このリッチスパイク量R1、リッチスパイ
ク時間T1は、NOx吸収・吸蔵型触媒15が吸収でき
るNOxの最大量を放出、浄化可能な値に設定してい
る。
【0034】図3はリッチスパイクを許可する閾値(判
定値)TVO1を設定するルーチンである。
【0035】図3に示すように、ステップ11では前回
のリッチスパイクを行ったときからの経過時間(リーン
運転時間)をカウントして、ステップ12ではその経過
時間に基づき、NOx吸収・吸蔵型触媒15のNOx吸
収量を演算する。
【0036】この場合、その経過時間に対してNOx吸
収・吸蔵型触媒15のNOx吸収量が図5のような特性
にて増加することを確認しており、そのデータからNO
x吸収・吸蔵型触媒15のNOx吸収量を求める。
【0037】なお、運転状態から機関のNOx排出量を
推定、積算して、NOx吸収・吸蔵型触媒15のNOx
吸収量を求めるようにもできる。
【0038】そして、ステップ13では、NOx吸収・
吸蔵型触媒15のNOx吸収量に基づいて閾値TVO1
を算出する。
【0039】この場合、図6のようにNOx吸収・吸蔵
型触媒15のNOx吸収量が少ないときは、閾値TVO
1を大きくし、NOx吸収・吸蔵型触媒15のNOx吸
収量が多いときほど、閾値TVO1を小さくする。
【0040】図4は加速時にリッチスパイクを行うかど
うかを決定するリッチスパイク判定ルーチンである。
【0041】図4に示すように、ステップ21では運転
状態を取込む。この場合、メインルーチンにて算出した
スロットル開度の変位ΔTVOおよび燃料噴射弁13の
噴射時期のデータを取込む。
【0042】ステップ22では、燃料噴射弁13の噴射
時期から、リーン運転中にあるかストイキ運転中にある
かを判定する。
【0043】ストイキ運転中のときは、ステップ23に
進み、リッチスパイクを行わない。
【0044】リーン運転中にあるときは、ステップ24
にて、スロットル開度の変位ΔTVOを、図3の閾値設
定ルーチンにて算出した閾値TVO1と比較する。
【0045】スロットル開度の変位ΔTVOが閾値TV
1以下のときは、ステップ25に進み、リッチスパイ
クを行わない。
【0046】そして、スロットル開度の変位ΔTVOが
閾値TVO1より大きい場合は、ステップ26に進み、
リッチスパイク許可を出す。
【0047】このような構成により、リーン運転中に通
常の加速が行われると、その加速の大きさに関連して機
関から排出されるNOx量が増え、NOx吸収・吸蔵型
触媒15に流入するNOx量が増加するが、この際スロ
ットル開度の変位ΔTVOが閾値TVO1を越える加速
が行われると、その加速初期に燃料噴射弁13からの燃
料噴射量を一時的にリッチ化するリッチスパイクが行わ
れる。
【0048】この閾値TVO1は、NOx吸収・吸蔵型
触媒15のNOx吸収量に基づいて、NOx吸収量が少
ないときは大きな値に、NOx吸収量が多いときほど小
さな値に設定される。そのため、NOx吸収・吸蔵型触
媒15のNOx吸収量が少なく、吸収効率が高いとき
は、加速が大きい場合に、NOx吸収・吸蔵型触媒15
のNOx吸収量が多く、吸収効率が低いときは、加速が
小さい場合から、リッチスパイクは行われる。
【0049】即ち、加速状態が、現在のNOx吸収・吸
蔵型触媒15のNOxの吸収効率ではその加速に伴い流
入するNOxを十分に吸収しきれないような加速状態で
あると判定された場合(NOxの吸収効率に対して流入
するNOx量が相対的に大きい場合)、図7のように加
速の初期段階でリッチスパイクを行うのである。
【0050】これにより、NOx吸収・吸蔵型触媒15
に吸収されていたNOxが放出、浄化されると同時に、
NOx吸収・吸蔵型触媒15のNOxの吸収効率を最大
に回復させて、以後のNOxの流入に備える。したがっ
て、NOxの取りこぼしを可能な限り減らすことができ
る。
【0051】この一方、加速状態が、現在のNOx吸収
・吸蔵型触媒15のNOxの吸収効率のままでもその加
速に伴い流入するNOxを十分に吸収できるような加速
状態であると判定された場合(NOxの吸収効率に対し
て流入するNOx量が相対的に小さい場合)、リッチス
パイクは行わない。
【0052】したがって、リッチ化の頻度を十分に減ら
すことができる。
【0053】この結果、リーン運転を広範囲に行いつ
つ、NOxを十分に低減できると共に、良好な運転性を
維持することができ、燃費が向上する。
【0054】なお、リッチスパイク量R1、リッチスパ
イク時間T1は、NOx吸収・吸蔵型触媒15のNOx
吸収量に応じて、そのNOxの放出、浄化に必要十分な
HC等を供給できるR1、T1を演算して設定すると良
い。
【0055】図8、図9は本発明の別の実施の形態を示
すもので、前記閾値TVO1をNOx吸収・吸蔵型触媒
15の温度、NOx吸収・吸蔵型触媒15の劣化度に応
じて修正するものである。
【0056】この場合、図8において、前記実施の形態
と同様にNOx吸収・吸蔵型触媒15のNOx吸収量に
基づいて閾値TVO1を算出する(ステップ41〜4
3)と共に、ステップ44,45にてNOx吸収・吸蔵
型触媒15の温度より修正値TVO2、NOx吸収・吸
蔵型触媒15の劣化度より修正値TVO3を算出する。
【0057】NOx吸収・吸蔵型触媒15の温度に対す
る修正値TVO2は、NOx吸収・吸蔵型触媒15のN
Oxの吸収効率が温度によって変化すると共に、吸収効
率が最も良くなる温度があり、またその温度から離れる
にしたがって吸収効率が低下するため、その特性に基づ
き図10のように設定したデータから修正値TVO2
求める。即ち、NOxの吸収効率が高い温度状態のとき
は、修正値TVO2を大きくし、NOxの吸収効率が低
い温度状態のときは、修正値TVO2を小さくする。
【0058】なお、NOx吸収・吸蔵型触媒15の温度
は、触媒温度センサ18により検出するが、触媒温度セ
ンサ18を設けない場合は、運転条件から推定するよう
にしても良い。
【0059】NOx吸収・吸蔵型触媒15の劣化度は、
総運転時間より推定することができる。また、公知のよ
うにNOx吸収・吸蔵型触媒15の前後の空燃比センサ
16,17の出力状態に基づき、NOx吸収・吸蔵型触
媒15の劣化度を推定することができる。NOx吸収・
吸蔵型触媒15の劣化度が大きいほど、NOxの吸収効
率が低下するため、図11のように推定した劣化度が大
きいときほど、修正値TVO3を小さくし、推定した劣
化度が小さいときほど、修正値TVO3を大きくする。
【0060】そして、ステップ46では、ステップ43
にて算出した閾値TVO1に、NOx吸収・吸蔵型触媒
15の温度に対する修正値TVO2、NOx吸収・吸蔵
型触媒15の劣化度に対する修正値TVO3を乗算し
て、閾値TVO1を求める。
【0061】図9においては、前記実施の形態と同様に
運転状態、スロットル開度の変位ΔTVOおよび燃料噴
射弁13の噴射時期のデータを取込む(ステップ51,
52)と共に、リーン運転中にあるときに、ステップ5
4にて、スロットル開度の変位ΔTVOを、図8の閾値
設定ルーチンにて求めた閾値TVO1と比較する。
【0062】そして、スロットル開度の変位ΔTVOが
閾値TVO1より大きい場合は、ステップ56に進み、
リッチスパイク許可を出す。
【0063】このようにすれば、NOx吸収・吸蔵型触
媒15のNOxの吸収効率が高い温度時、NOx吸収・
吸蔵型触媒15が劣化してないときに、加速に伴い流入
するNOxを十分に吸収できると共に、リッチ化を減ら
すことができる。
【0064】また、NOx吸収・吸蔵型触媒15のNO
xの吸収効率が低い温度時、NOx吸収・吸蔵型触媒1
5が劣化しているときに、リッチ化によってNOx吸収
・吸蔵型触媒15に吸収されていたNOxを的確に放
出、浄化することができる。
【0065】したがって、NOxの吸収、放出、浄化を
一層的確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態を示す構成図である。
【図2】制御内容を示すフローチャートである。
【図3】制御内容を示すフローチャートである。
【図4】制御内容を示すフローチャートである。
【図5】経過時間とNOx吸収量の関係を示す特性図で
ある。
【図6】NOx吸収量と閾値の関係を示す特性図であ
る。
【図7】リッチスパイク制御のタイミングチャートであ
る。
【図8】別の実施の形態の制御内容を示すフローチャー
トである。
【図9】別の実施の形態の制御内容を示すフローチャー
トである。
【図10】触媒温度と修正値の関係を示すフローチャー
トである。
【図11】触媒劣化度と修正値の関係を示すフローチャ
ートである。
【符号の説明】
10 エンジン本体 11 吸気管 12 排気管 13 燃料噴射弁 14 点火栓 15 NOx吸収・吸蔵型触媒 16,17 空燃比センサ 18 触媒温度センサ 20 コントロールユニット 21 回転数センサ(クランク角センサ) 22 吸気センサ 23 スロットル開度センサ 24 冷却水温センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 41/04 305 F02D 41/04 305A 45/00 312 45/00 312E

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所要の運転条件下にて理論空燃比よりも
    希薄側のリーン空燃比運転を行う一方、排気通路に酸化
    雰囲気中でNOxを吸収し還元雰囲気中で吸収したNO
    xを放出して浄化するNOx吸収・吸蔵型触媒を配置し
    た内燃機関において、 NOx吸収・吸蔵型触媒に吸収されたNOx吸収量を算
    出するNOx吸収量算出手段と、 NOx吸収量算出手段により算出されたNOx吸収量に
    応じて判定値を設定する判定値設定手段と、 機関の加速状態を検出する加速状態検出手段と、 加速状態検出手段により検出された加速状態が判定値設
    定手段により設定された判定値を越えたときに、機関に
    供給する混合気の空燃比を、排気ガスが還元雰囲気とな
    る所定のリッチ空燃比に切替える空燃比切替手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御
    装置。
  2. 【請求項2】 判定値設定手段は、NOx吸収・吸蔵型
    触媒のNOx吸収量が多いほど判定値を小さく設定する
    請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
  3. 【請求項3】 NOx吸収・吸蔵型触媒の温度を検出す
    る触媒温度検出手段と、触媒温度に応じて判定値を修正
    する修正手段とを有する請求項1または2に記載の内燃
    機関の排気ガス浄化制御装置。
  4. 【請求項4】 NOx吸収・吸蔵型触媒の劣化度を検出
    する触媒劣化検出手段と、触媒劣化度が大きいほど判定
    値を小さく修正する修正手段とを有する請求項1〜3の
    いずれか1つに記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装
    置。
JP28695097A 1997-10-20 1997-10-20 内燃機関の排気ガス浄化制御装置 Expired - Lifetime JP3509502B2 (ja)

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