JPH1162717A - 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Info
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Abstract
る選択還元型窒素酸化物還元触媒を用いると共に、リー
ン運転時のNOx浄化率を向上させる。 【解決手段】 二重結合や三重結合などの多重結合を有
する不飽和もしくは芳香族炭化水素がNOxの浄化に寄
与すると共に、その構成比率はガソリンの方が排気ガス
より大きいという知見に基づき燃料噴射タイミングを制
御してオーバーラップ期間中の噴射を回避し、多重結合
を有するHCを増加させてNOx浄化率を向上させる。
またEGRによって酸素濃度が低いほど浄化率が向上す
ると言う知見に基づき、EGRを行って酸素濃度を低下
させると共に、HC/NOxを増加させてNOx浄化率
を向上させる。
Description
ス浄化装置に関し、具体的には、酸化雰囲気でHC(炭
化水素)を用いてNOx(窒素酸化物)を還元させる選
択還元型NOx還元触媒を用いた排気ガス浄化装置に関
する。
載の技術のように、酸化雰囲気(リーン空燃比)におい
てNOx(窒素酸化物)成分を分解する触媒、特に酸化
雰囲気でNOx成分を還元させる選択還元型NOx(窒
素酸化物)還元触媒を用い、排気中のNOx成分とHC
成分の濃度がある特定の値になるように排気濃度を制御
して排気ガスの浄化を行うものが知られている。
比、より詳しくはNOxとHCの濃度の比がある定めら
れた関係にあるときに最も良くNOx,HCの両者とも
浄化することから、上記した従来技術においては、排気
中のNOxおよびHC濃度を検出し、空燃比、二次空気
量、点火時期などを介してNOxとHCの濃度が所定値
となるように制御することで、酸化雰囲気でNOxを浄
化している。
記した選択還元型NOx(窒素酸化物)還元触媒、例え
ば特開平6−31173号公報などで提案される、金属
炭化物および金属窒化物から選ばれる少なくとも1種か
らなる担体上に、イリジウムとアルカリ土類金属とを共
存担持させてなる触媒の他に、特開平6−88518号
公報で提案される、白金Ptなどを担体上に担持させて
NOx吸収材とした、吸蔵型と呼ばれる触媒が知られて
いる。
ンバーン機関ないしは直噴機関など、空燃比のリーン化
が進みつつあり、酸化雰囲気でのNOx成分の浄化性能
の一層の向上が望まれている。
還元型NOx(窒素酸化物)還元触媒を用いた内燃機関
の排気ガス浄化装置において、酸化雰囲気でのNOx成
分の浄化性能を一層向上させるようにした内燃機関の排
気ガス浄化装置を提供することにある。
めに、請求項1項にあっては、内燃機関の排気系に、酸
化雰囲気で窒素酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化
物還元触媒を備えてなる排気ガス浄化装置において、前
記内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気系に還
流させるEGR機構、および、予め定められた特性に従
って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素
の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上になるよ
うに前記EGR機構を動作させるEGR制御手段を備え
る如く構成した。尚、この請求項および以下の請求項に
おいて、「不飽和もしくは芳香族炭化水素」は二重結
合、三重結合などの多重結合を有するオレフィン系の炭
化水素およびアロマ系などの炭化水素を意味する。
段はさらに、予め定められた特性に従って前記排気ガス
中の酸素濃度が所定値以下となるように前記EGR機構
を動作させる如く構成した。
られた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは
芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定
値以上になるように前記内燃機関の燃料噴射タイミング
を制御する燃料噴射タイミング制御手段を備える如く構
成した。
に、酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させる選択還元型窒
素酸化物還元触媒を備えてなる排気ガス浄化装置におい
て、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値
に制御する空燃比制御手段、および、予め定められた特
性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭
化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上と
すべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放される
バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関
の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制
御手段を備える如く構成した。
素酸化物還元触媒が、耐熱性無機酸化物にイリジウムを
活性種として担持させた触媒からなる如く構成した。
従って排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の
濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上になるよう
にEGR機構を動作させるEGR制御手段を備える如く
構成したので、排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭
化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比を最適にするこ
とができ、よって触媒のNOx浄化率を向上させること
ができる。
段はさらに、予め定められた特性に従って前記排気ガス
中の酸素濃度が所定値以下となるように前記EGR機構
を動作させる如く構成したので、前記した作用、効果に
加えて酸素濃度を所定値以下に抑制することができ、さ
らに触媒のNOx浄化率をさらに向上させることができ
る。
られた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは
芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定
値以上になるように前記内燃機関の燃料噴射タイミング
を制御する燃料噴射タイミング制御手段を備える如く構
成したので、排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化
水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比を最適にすること
ができ、さらに触媒のNOx浄化率を向上させることが
できる。
を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段
と予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽
和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度
の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バル
ブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避ける
ように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃
料噴射タイミング制御手段を備える如く構成したので、
請求項3項で述べたと同様に、酸化雰囲気において排気
ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒
素酸化物の濃度の比を最適にすることができ、さらに触
媒のNOx浄化率を向上させることができる。
記載するように、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性
種として担持させた触媒において顕著である。
に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の実施の形態を説明
する。
る。
4サイクルの内燃機関を示し、吸気管12の先端に配置
されたエアクリーナ14から導入された吸気は、スロッ
トルバルブ16でその流量を調節されつつサージタンク
18と吸気マニホルド20を経て、吸気バルブ(図示せ
ず)を介して第1から第4気筒へと流入される。
はインジェクタ22が設けられて燃料を噴射する。噴射
されて吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示し
ない点火プラグで点火されて燃焼してピストン(図示せ
ず)を駆動する。
ず)を介して排気マニホルド24に排出され、排気管2
6を経て第1の触媒28と第2の触媒(三元触媒)30
とで浄化されて機関外に排出される。
選択還元型窒素酸化物還元触媒、即ち、セラミック材な
どの耐熱性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活
性種として担持させた触媒からなる。尚、触媒28は、
特開平5−312071、特開平6−31173号公報
などで提案される、金属炭化物および金属窒化物から選
ばれる少なくとも1種からなる担体上に、イリジウムと
アルカリ土類金属とを共存担持させた、NOx分解触媒
であっても良い。また、第2の触媒30は、従来的な三
元触媒からなる。
気側に還流させるEGR機構(排気還流機構)100が
設けられる。
00のEGR通路102は、一端102aが排気管26
の第1の触媒装置28(図2に図示省略)の上流側に、
他端102bが吸気管12のスロットルバルブ16(図
2で図示省略)の下流側に連通する。このEGR通路1
02の途中には、EGR量を調節するEGRバルブ10
4と容積室106が設けられる。
有する電磁バルブであり、ソレノイド108は後述する
制御ユニット(ECU)34に接続され、制御ユニット
34からの出力によってそのバルブ開度をリニアに変化
させる。EGRバルブ104には、そのバルブ開度を検
出するリフトセンサ110が設けられ、その出力は制御
ユニット34に送出される。
関10のディストリビュータ(図示せず)内にはクラン
ク角センサ40が設けられ、所定気筒の所定クランク角
度で気筒判別信号を出力すると共に、各気筒のTDCな
どの所定クランク角度およびそれを細分した15度など
のクランク角度でTDC信号およびCRK信号を出力す
る。
センサ42が接続され、その開度に応じた信号を出力す
ると共に、スロットルバルブ16下流の吸気管12内に
は絶対圧センサ44が設けられ、吸気管内絶対圧PBA
に応じた信号を出力する。
46が設けられて大気圧PAに応じた信号を出力すると
共に、スロットルバルブ16の上流側には吸気温センサ
48が設けられて吸入空気の温度に応じた信号を出力す
る。また、機関の適宜位置には水温センサ50が設けら
れて機関冷却水温TWに応じた信号を出力する。
4の下流側で第1の触媒装置28の上流側の排気系集合
部には、空燃比センサ54が設けられ、排気ガスの酸素
濃度に比例した信号を出力する。
ック図である。空燃比センサ(「LAFセンサ」と示
す)54の出力は検出回路60に入力され、所定の線型
化処理を経て排気ガスの酸素濃度に比例した信号が得ら
れる。
2およびA/D変換回路64を介してCPU内に入力さ
れる。CPUはCPUコア66、ROM68、RAM7
0を備える。スロットル開度センサ42などのアナログ
センサ出力も同様にマルチプレクサ62およびA/D変
換回路64を介してCPU内に取り込まれ、RAM70
に格納される。
形回路72で波形整形された後、前記したCRK信号が
カウンタ74でカウントされ、カウント値は機関回転数
NEとしてCPU内に入力される。CPUにおいてCP
Uコア66は、ROM68に格納された命令に従って後
述の如く制御値を演算し、駆動回路76を介して各気筒
のインジェクタ22を駆動すると共に、駆動回路78を
介してEGRバルブ104を駆動する。尚、図3でリフ
トセンサ110の図示は省略した。
ャートであるが、同図の説明に入る前に、この発明に係
る排気ガス浄化手法を説明する。
1の触媒28として、酸化雰囲気でNOx成分を還元さ
せる選択還元型NOx還元触媒、より具体的にはNOx
成分の分解にHC成分を必要とする選択還元型NOx還
元触媒であって、耐熱性無機酸化物からなる担体上にイ
リジウムを活性種として担持させた触媒を用いる。
報で提案されるように、NOx分解触媒を用いると共
に、排気中のNOxとHCの濃度比を目標値に制御する
ことで酸化雰囲気でNOxの浄化性能を向上させること
が提案されている。
の触媒温度に対するNOx浄化率ηNOxの特性に示す
如く、NOx成分の分解に炭化水素を必要とする選択還
元型窒素酸化物還元触媒において、パラフィン系のHC
成分、即ち、炭素の二重結合や三重結合などの多重結合
を有しないHC成分はNOxの浄化に寄与せず、炭素の
二重結合や三重結合などの多重結合を有するオレフィン
系HC(不飽和炭化水素)あるいはアロマ系のHC成分
(芳香族炭化水素)がNOx浄化に寄与することが知見
された。ここで、NOxの浄化に寄与するのはHC成分
の持つ炭素の多重結合であって、HCが鎖式であるか環
式であるかは問わない。
とする選択還元型NOx還元触媒において、浄化率を最
良にするには、NOx浄化に必要な排気ガス中のHC成
分のうち、多重結合を有するオレフィン系炭化水素(不
飽和炭化水素)あるいはアロマ系炭化水素(芳香族炭化
水素)の構成比を上げるか、あるいは低下させないこと
が有効であることが知見された。以下、この明細書およ
び図面において多重結合を有するオレフィン系炭化水素
などと記述する場合は、アロマ系などの芳香族炭化水素
も含むものとする。
ン)と、そこで燃焼されて排出される排気ガス中のHC
成分の構成比率を分析すると、図6に示す如く、HC成
分中に占めるパラフィン系HC成分などの多重結合を有
しないHC成分の割合は、燃料(ガソリン)の方が、排
気ガスより大きい。尚、この割合は、ガソリンによって
も大きく異なる。
に制御しても、未燃ガスが多く排出される場合、NOx
の浄化率が必ずしも向上しない。未燃ガスが多く排出さ
れるのは、吸排気バルブが共に開放されるオーバラップ
期間中に燃料を噴射したことによる。さらに、図7に示
す如く、選択還元型NOx還元触媒を用いたとき、HC
/NOx比、より詳しくは不飽和もしくは芳香族炭化水
素(HC)濃度とNOx濃度の比が、所定値(図中に破
線αで示す。より詳しくは4.0)以上ではないと、浄
化率が低下することも実験により確認された。
ものであり、前記したNOx成分の分解にHC成分を必
要とする選択還元型NOx還元触媒を用いると共に、吸
排気バルブが共に開放されるオーバーラップ期間中に燃
料の噴射を行わないようにすることで、多重結合を有す
るオレフィン系炭化水素などの構成比を上げる、あるい
は低下させないようにし、酸化雰囲気におけるNOxの
浄化率を上げるようにした。
て機関回転数NE、吸気管内絶対圧PBAなどの検出さ
れた運転パラメータを読み出し、S12に進んで目標空
燃比KCMDを算出する。
ー・チャートである。
ューエルカット中か否か判断し、肯定されるときはS1
02に進んで目標空燃比KCMDを所定値KCMDFC
(例えば1.0)に設定する。
4に進んでフューエルカット直後(例えばフューエルカ
ット終了後500ms以内)か否か判断し、肯定される
ときはS106に進んで目標空燃比の前回値KCMD(k
-1) と検出空燃比(LAFセンサ出力値)の前回値KA
CT(k-1) の偏差の絶対値が所定値ΔKFPC(例えば
0.14)を超えるか否か判断する。尚、(k-1) は離散
系のサンプル時刻(k)(具体的には図4プログラムの起
動時刻)の前回値を示す。
んでフューエルカット直後であることを示すフラグFP
FCのビットを1にセットしてS102に進むと共に、
S106で否定されるとき、およびS104で否定され
るときはS110に進んでそのフラグのビットを0にリ
セットする。
数NEと吸気管内絶対圧PBAとから所定のマップを検
索し、目標空燃比の基準値KBSを求める。続いてS1
14に進み、検索した基準値に対して運転状態に応じて
水温、負荷などから補正を加える。続いてS116に進
み、補正された基準値に、リーン化補正係数、減速時補
正係数などを乗算して更に補正し、目標空燃比KCMD
の今回値を算出する(簡略化のため、今回値にkを付す
のは省略した)。
理を行い、S120に進んで算出した目標空燃比KCM
Dから所定のテーブルを検索して充填効率の補正係数K
ETCを求め、S122に進んで検索した充填効率補正
係数KETCを目標空燃比KCMDに乗じて目標空燃比
補正係数KCMDMを算出する。尚、目標空燃比KCM
Dおよび目標空燃比補正係数KCMDMは、より詳しく
は当量比で示される。
いてS14に進んで燃料噴射量Toutを演算する。
て、 Tout=Tim×KCMDM×KTOTAL×KFB
+TTOTAL で求める。ここで、Tim:機関回転数NE、吸気管内
絶対圧PBAから所定のマップを検索して求められる基
本値、KCMDM:上記した目標空燃比補正係数、KT
OTAL:乗算補正項(後述するEGR補正項KEGR
Nなどを含む)、KFB:空燃比フィードバック補正
項、TTOTAL:加算補正項である。
KCMDが所定値KCMDL未満か否か判断する。上記
したように目標空燃比KCMDは当量比で示されること
から、ここで所定値KCMDLはリーン方向の所定値、
即ち、排気ガスが酸化雰囲気にあることを示すに足る
値、具体的には0.8などの値とする。尚、この値は機
関回転数NEおよび吸気管内絶対圧PBAなどで変わる
ことから、予め実験により求めておき、検出した機関回
転数などから検索するようにしても良い。
に進み、燃料噴射タイミング、より具体的には燃料噴射
終了タイミングθinjを、図9に示す如く、吸排気バ
ルブが共に開放されるバルブオーバラップ期間を避ける
に足る値θinjleに設定する。即ち、図9に示す如
く、バルブオーバーラップ期間が経過した後に燃料噴射
を開始して吸気行程中に燃料噴射を完了させるべく、θ
injleを例えばATDC120度に設定し、そのク
ランク角度で燃料噴射を終了する。
進み、燃料噴射終了タイミングθinjは通常の値θi
njstに設定する。従って、この場合には図9に示す
如く、排気行程の後期、例えばBTDC60度に燃料噴
射を終了するように、θinjstを設定する。
い当量比であるとき、主として第2の触媒30において
排気ガス中のHC,NOx,CO成分の浄化が行われ
る。また、図示しない別ルーチンにおいて、S18ある
いはS20で設定された燃料噴射終了タイミングθin
jに基づいて決定した燃料噴射量Toutが噴射される
が、それ自体は公知の手法であるので、詳細な説明は省
略する。
に示す如く、ある気筒に着目するとき、例えばATDC
10から30度で排気バルブ(図にEXと示す)が閉じ
る前に、BTDC10から30度で吸気バルブ(図にI
Nと示す)が開き、図示のような吸排気バルブが共に開
放されるバルブオーバーラップ期間が存在する。しか
し、この実施の形態においては上記の如く、目標空燃比
KCMDが所定値未満のリーン方向の値であるときは、
バルブオーバラップ期間中の燃料噴射を回避するように
構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されること
が少ない。
に寄与しないパラフィン系HCの占める割合が低くなる
と共に、多重結合を有するオレフィン系などのHC成分
の占める割合が高くなり、NOx浄化率を最良にするこ
とができる。
KCMD≦0.8)において、同一の燃料噴射タイミン
グθinjのみを変更して燃料噴射を行った場合のHC
/NOx比(より詳しくはHC濃度とNOx濃度の比)
とNOx浄化率ηNOxの実験結果を示す。
プ期間中から燃料噴射したときのHC/NOx比(図に
aで示す)は、噴射された燃料の一部が未燃ガスとして
排気バルブが閉じられるまでに排気系に吹き抜ける結
果、バルブオーバーラップ期間を避けて燃料噴射した場
合の値(図にbで示す)よりも大きい。
の、排気ガス中にパラフィン系のHC成分が増加し、オ
レフィン系などの多重結合を有するHC成分が低下する
ことから、NOx浄化率は、吸排気バルブが共に開放さ
れるバルブオーバーラップ期間を避けて燃料噴射した場
合(図にcで示す)に比較し、バルブオーバーラップ期
間に燃料噴射を開始した場合(図にdで示す)には低下
している。
づいてなされたものであり、NOx成分の分解にHC成
分を必要とする選択還元型NOx還元触媒を用いると共
に、吸排気バルブが共に開放されるオーバーラップ期間
を避けて燃料噴射を行うように構成した。尚、燃料噴射
量が多く、燃料噴射タイミングθinjleをATDC
120℃に設定しても吸気行程中に燃料噴射を終了でき
ないような場合には、燃料噴射を排気行程と吸気行程に
分けることで、オーバーラップ期間を避けて噴射すれば
良い。
成したことによって、多重結合を有するオレフィン系炭
化水素などの構成比を上げるか、あるいは少なくとも低
下させないことが可能となり、酸化雰囲気におけるNO
xの浄化率を上げることができる。
の形態を示す、図4と同様のフロー・チャートである。
x浄化率は排気ガス中のO2 (酸素)濃度に依存し、図
12に示す如く、O2 濃度が低い方が浄化率は向上する
ことが判明した。
とする選択還元型NOx還元触媒においては多重結合を
有するオレフィン系などのHC成分が有益であり、選択
還元型NOx還元触媒として耐熱性無機酸化物からなる
担体上にイリジウムを活性種として担持させてなる触媒
を用いる場合、図7に示したように、多重結合を有する
HCとNOxの比、より詳しくは不飽和もしくは芳香族
HCの濃度とNOx濃度の比が所定値以上ではないと浄
化率が低下すると共に、図12に示す如く、低O2 濃度
の方が、高い浄化率を得られることが判明した。
用いる場合、排気ガス中のHC(不飽和もしくは芳香族
HC)/NOx濃度比が所定値以上で、かつO2 濃度を
低くすることにより、NOx浄化率を一層高くできるこ
とが実験により確認された。
x浄化率の向上に有益であることが判明した。それにつ
いて図13を参照して説明すると、図中でe,fは多重
結合を有するHCとNOxの濃度比が1.5のときのN
Ox浄化率ηNOxを示し、g,hは同様に多重結合を
有するHCとNOxの濃度比が4.0のときのNOx浄
化率ηNOxを示す。
ぼ同一の機関出力を確保することができる、言い換えれ
ば、ほぼ同一の燃料噴射量を与えたときのNOx浄化率
を示している。e,gにおいて空燃比A/Fは22:1
であり、EGR率は零(EGR実行なし)である
により、空燃比A/Fを19:1までリッチ方向に変化
させると、NOx浄化率はf点まで向上する。これは、
排気ガス中の酸素濃度が低下することによる。他方、e
点から燃料噴射タイミングθinjなどを制御して多重
結合を有するHCとNOxの濃度比を4.0に上げる
と、NOx浄化率はg点まで向上する。このことは、N
Ox浄化率は、排気ガス中の酸素濃度と、多重結合を有
するHCとNOxの濃度比に、それぞれ依存することを
示している。
(即ち、EGR量)を最適に制御することにより、NO
x浄化率をg点まで向上できることが知見できた。これ
は、EGRを実行することで、酸素濃度を低下できるこ
とから、空燃比を22:1から19:1まで変化させる
ことができ、同時に、EGRの実行によって燃焼状態が
変化することで、排気ガス中のNOx濃度が低下する一
方、不飽和もしくは芳香族HC濃度も若干増加し、結果
的に多重結合を有するHCとNOxの比が増大すること
によるものと思われる。
することで、排気ガス中のNOx濃度を低下できる一
方、多重結合を有するHCとNOxの濃度比を増大させ
ることができ、さらに酸素濃度を低下させることもでき
てNOx浄化率を大幅に向上できることが知見された。
第2の実施の形態は、このような知見に基づく。
00からS210まで第1の実施の形態と同様の処理を
行って燃料噴射タイミングを設定した後、S212に進
んでEGR(排気還流)が実行されるEGR領域にある
か否か判断し、肯定されるときはS214に進んでEG
R率(排気還流率)を算出する。
ン・フロー・チャートである。
室に流入する正味のEGR率は、 正味EGR率=(定常時のEGR率)×(実リフトと弁
前後の圧力比より求まるガス量QACT)/(リフト指
令値と弁前後の圧力比より求まるガス量QCMD)で求
め、定常時(基本)のEGR率は、EGR率補正係数を
求め、1から減算することで求める。即ち、定常時のE
GR率補正係数をKEGRMAPとすると、 定常時のEGR率=(1−KEGRMAP)で算出す
る。
時間が経過した後に一度に燃焼室に流入するとみなし、
所定の周期ごとに前記した正味還流率を算出して記憶手
段に格納しておくと共に、無駄時間に相当する過去の周
期の算出値をもって真に燃焼室に流入した排気ガスの還
流率とみなすようにした。尚、「EGR率」(排気還流
率)は、排気ガス/吸入空気の体積比ないしは重量比を
意味する。
1737号で提案しているので、以下の説明は簡単に止
める。
絶対圧PBA、大気圧PA、実リフトLACT(リフト
センサ110の出力)などを読み込み、S302に進ん
で検出した機関回転数NEと吸気管内絶対圧PBAと目
標空燃比KCMDからリフト指令値LCMDを検索す
る。リフト指令値LCMDは、図15に示す如く、予め
特性を定めて設定しておいたマップを機関回転数NE、
吸気管内絶対圧PBAおよび目標空燃比KCMDから検
索して求める。
D1より当量比において小さい(よりリーンな)値であ
り、KCMD3はKCMD2より当量比においてさらに
小さい(より一層リーンな)値である。そして、リフト
指令値LCMDは、KCMD1よりKCMD2が、KC
MD2よりKCMD3が、大きくなるように設定する。
に従って、より大量の排気ガスを吸気側に還流させて燃
焼室に供給し、排気ガス中のO2 濃度を低下させるよう
に設定する。
NEと吸気管内絶対圧PBAと目標空燃比KCMDから
図16にその特性を示すマップを検索し、定常時(基
本)のEGR率補正係数KEGRMAPを求める。
係数KEGRMAPも予め実験で求めてマップとして設
定しておき、同様のパラメータから検索して求める。
はKCMD1より当量比において小さい(よりリーン
な)値であり、KCMD3はKCMD2より当量比にお
いて小さい(より一層リーンな)値であり、定常時のE
GR率補正係数KEGRMAPは、KCMD1よりKC
MD2が、KCMD2よりKCMD3が小さくなるよう
に設定される。これは、目標空燃比KCMDがリーンに
なるに従って、より大量の排気ガスを吸気側に還流させ
て燃焼室に供給しているので、必要な燃料噴射量が燃料
噴射量が減少するためである。
LACTが零ではないことを確認してS308に進み、
検索したリフト指令値LCMDを所定の下限値LCMD
LL(微小値)と比較する。
判断されるときはS310に進んで吸気管内絶対圧PB
Aと大気圧PAとの比PBA/PAを求め、それと検索
したリフト指令値LCMDから所定のマップを検索し、
ガス量(前記したリフト指令値と弁前後の圧力比より求
まるガス量)QCMDを求める。
LACTと同様の比PBA/PAとから同様のマップを
検索し、ガス量(前記した実リフトと弁前後の圧力比よ
り求まるガス量)QACTを求める。
R率補正係数KEGRMAPを1から減算して得た値を
定常時のEGR率(EGR動作が安定しているときのE
GR率)を求め、続いてS316に進んで図示の如く正
味EGR率を求める。次いでS318に進んでEGR率
に対する燃料噴射補正係数KEGRNを演算する。
ロー・チャートである。
て1から正味EGR率を減算した差を燃料噴射補正係数
KEGRNとし、S402に進んで算出した燃料噴射補
正係数KEGRNをリングバッファに順次格納(記憶)
する。続いてS404に進み、検出した機関回転数NE
と吸気管内絶対圧PBAとから所定のマップを検索して
無駄時間τ(リングバッファの番号で示される)を検索
し、S406に進んで検索した無駄時間τに対応する燃
料噴射補正係数KEGRNを読み出す。
であるとき、例えば12回前の算出値を選択し、それを
今回の燃料噴射補正係数KEGRNとする。尚、決定さ
れた燃料噴射補正係数KEGRNは前記の如く、補正項
KTOTALの一部として燃料噴射量の補正に用いられ
る。
306で肯定されるときはS320に進んで比を零とす
ると共に、S308で肯定されるときはS322,S3
24に進んで前回値を保持する。
次いでS216に進み、図14フロー・チャートのS3
02で検索したリフト指令値LCMDとなるように、E
GRバルブ104をデューティ比制御する。即ち、S2
06で肯定されるときはS302においてKCMDL相
当のKCMD3が選択され、リフト指令値LCMDが決
定される。他方、S212で否定されるときはS218
に進んでリフト指令値LCMDは零と決定され、S22
0に進んで燃料噴射補正係数KEGRNも零に決定され
る。
成したことから、燃料量を増加させることなく、排気ガ
ス中のO2 濃度を低下できる一方、不飽和もしくは芳香
族HCとNOxの濃度比を増大させることができ、さら
に酸素濃度を低下させることもできてNOx浄化率を大
幅に向上させることができる。
すグラフ図である
KCMDに応じて補正係数KLを求めるようにした。即
ち、図15に示したリフト指令値LCMDのマップ特性
は1種類のみ設定しておき、機関回転数NEと吸気管内
絶対圧PBAとから検索すると共に、検索値に補正係数
KLを乗じてリフト指令値LCMDを算出するようにし
た。尚、図示は省略するが、図16に示した定常時のE
GR率補正係数KEGRMAPについても同様の補正係
数を設定しても良い。
の形態と同様に、排気ガス中のO2濃度を低下させてN
Ox浄化率を向上できると共に、リフト指令値LCMD
などに複数のマップを必要としないので、構成としても
簡易となる。
て、図11フロー・チャートのS200からS210に
おいて第1の実施の形態と同様の処理を行ったが、S2
00からS210までの処理を廃し、S212からS2
16までのEGR制御のみを行っても良い。
た実施の形態にあっては、内燃機関(10)の排気系
(排気管26)に、酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させ
る選択還元型窒素酸化物還元触媒(第1の触媒28)を
備えてなる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関か
ら排出される排気ガスの一部を吸気系に還流させるEG
R機構(100)、および、予め定められた特性に従っ
て前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の
濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上になるよう
に前記EGR機構を動作させるEGR制御手段(図11
のS212からS220)を備える如く構成した。
定められた特性に従って前記排気ガス中の酸素濃度が所
定値(例えば12%)以下となるように前記EGR機構
を動作させる(図11のS214、図14のS302,
S304)如く構成した。尚、上記所定値は、機関の燃
焼状態に応じて設定しても良い。
られた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは
芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定
値以上になるように前記内燃機関の燃料噴射タイミング
を制御する燃料噴射タイミング制御手段(図4のS16
からS20)を備える如く構成した。
の排気系(排気管26)に、酸化雰囲気で窒素酸化物を
還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒(第1の触媒
28)を備えてなる排気ガス浄化装置において、前記内
燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する
空燃比制御手段(図4のS12、図8のS100からS
122)、および、予め定められた特性に従って前記排
気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、
窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃
機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラ
ップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミ
ングを制御する燃料噴射タイミング制御手段(図4のS
16からS20)を備える如く構成した。
素酸化物還元触媒(第1の触媒28)が、耐熱性無機酸
化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒からな
る如く構成した。
関にも適用することができる。直噴機関においては燃料
を気筒内に直接噴射することから、燃料噴射タイミング
は吸気工程から圧縮工程の間になるので、実施の形態に
示したポート噴射機関のように、基本的には、噴射され
た燃料が吸排気バルブが共に開放されるバルブタイミン
グのオーバーラップ期間中に排気系に吹き抜けない。
射タイミングに応じて排気ガス中のHC成分の構成に違
いが見られる。直噴機関においては通例、低負荷時は成
層燃焼を行わせるため、燃料噴射タイミングは圧縮工程
になるが、燃料噴射タイミングを圧縮工程の中で変化さ
せると、層状燃焼の範囲から外れた燃料が、燃焼されず
に排出される場合がある。
ングは吸気工程となり、予混合燃焼となるか、もしくは
吸気工程と圧縮工程の組み合わせにより予混合と層状吸
気の組み合わせとなる。この場合においても、吸気工程
中の燃料噴射タイミングを変更したり、吸気工程と圧縮
工程の燃料噴射タイミングや噴射の比率を変更すること
で燃焼状態が変化し、排気ガス中のHCの種類を変える
ことができる。
噴射タイミングを変えることで、排気ガス中の不飽和も
しくは芳香族HCの濃度を制御することができる。
元触媒機能を備えたNOx分解触媒であっても良く、あ
るいは炭化水素HC、一酸化炭素COなどを酸化する酸
化触媒であっても良い。要は、第2の触媒30は、リー
ン空燃比以外の空燃比雰囲気で炭化水素HC、一酸化炭
素COを効率良く浄化できるものであれば良い。
の排気還流弁を用いたが、機関の負圧により作動するダ
イアフラムを用いた排気還流弁を使用しても良い。
が得られる空燃比センサを用いたが、O2 センサであっ
ても良い。
不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の
濃度の比を最適にすることができ、よって触媒のNOx
浄化率を向上させることができる。
果に加えて酸素濃度を所定値以下に抑制することがで
き、さらに触媒のNOx浄化率をさらに向上させること
ができる。
飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃
度の比を最適にすることができ、さらに触媒のNOx浄
化率を向上させることができる。
たと同様に、酸化雰囲気において排気ガス中の、不飽和
もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の
比を最適にすることができ、さらに触媒のNOx浄化率
を向上させることができる。
記載するように、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性
種として担持させた触媒において顕著である。
全体的に示す概略図である。
る。
である。
動作を示すフロー・チャートである。
もしくは芳香族HC成分とそれ以外のHC成分のNOx
浄化率を示す説明グラフ図である。
は芳香族HC成分とそれ以外のHC成分の成分比を示す
説明データ図である。
化率に対する特性を示す説明グラフ図である。
算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートであ
る。
示す説明グラフ図である。
ータ図である。
同様の装置の動作を示すフロー・チャートである。
濃度に対するNOx浄化率の特性を示す説明グラフ図で
ある。
図である。
作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
値のマップ特性を示す説明グラフ図である。
率補正係数KEGRMAPのマップ特性を示す説明グラ
フ図である。
の算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートであ
る。
燃料噴射補正係数の算出を示す説明タイミング・チャー
トである。
フ図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 内燃機関の排気系に、酸化雰囲気で窒素
酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒を備
えてなる排気ガス浄化装置において、 a.前記内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気
系に還流させるEGR機構、 および b.予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不
飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃
度の比が所定値以上になるように前記EGR機構を動作
させるEGR制御手段、を備えたことを特徴とする内燃
機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項2】 前記EGR制御手段はさらに、予め定め
られた特性に従って前記排気ガス中の酸素濃度が所定値
以下となるように前記EGR機構を動作させることを特
徴とする請求項1項記載の内燃機関の排気ガス浄化装
置。 - 【請求項3】 さらに、 c.予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不
飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃
度の比が所定値以上になるように前記内燃機関の燃料噴
射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段、
を備えたことを特徴とする請求項1項または2項記載の
内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項4】 内燃機関の排気系に、酸化雰囲気で窒素
酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒を備
えてなる排気ガス浄化装置において、 d.前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値
に制御する空燃比制御手段、 および e.予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不
飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃
度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バ
ルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避け
るように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する
燃料噴射タイミング制御手段、を備えたことを特徴とす
る内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項5】 前記選択還元型窒素酸化物還元触媒が、
耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させ
た触媒からなることを特徴とする請求項1項ないし4項
のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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1998
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