KR101905561B1 - 촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 방법은, 연소실에서 공기와 연료가 혼합되어 연소된 배기 가스가 배출되고, 배기 가스가 통과하는 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 냉간시 촉매 산소 퍼지 제어 방법으로서, 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터의 연료 차단(fuel cut) 조건이 만족되는지 판단하는 단계와, 상기 연료 차단 조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료 차단을 수행하는 단계와, 상기 삼원 촉매의 산소 저장 용량을 측정하는 단계, 및 상기 측정된 산소 저장 용량을 기초로 산소 퍼지 시간을 조절하는 단계를 포함한다.

Description

촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법{CATALYST OXYGEN PURGE CONTROL APPARATUS AND THE METHOD}
본 발명은 촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼원 촉매의 열화 정도에 따라 연료 차단(fuel-cut) 이후 산소 퍼지 시간을 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차의 이용도가 증가하고 교통량이 증가함에 따라 배기 가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
따라서, 각국의 정부는 배기 가스 규제를 위하여 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 배기 가스 내 오염물질에 대한 배출 기준을 정해놓고 있으며, 이러한 배기 가스 규제는 점차 강화되고 있다.
또한, 각 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기 가스 규제에 효과적으로 대응하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 신규 차량은 배기 가스 배출 기준에 맞추어 생산하고 있다.
특히, 자동차에서는 배기 가스 배출 기준을 충족시키기 위하여 귀금속이 담지된 삼원 촉매 컨버터(three way catalyst converter)가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해, 일산화탄소의 산화, 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.
상기 삼원 촉매는 배기 가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매를 의미하며, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계가 이용된다.
이러한 삼원 촉매는 배기 가스의 공연비를 기준으로 린(lean: 산소과대)상태와 리치(rich: 연료과대)상태의 변동에 따라서 일산화탄소와 탄화수소를 저감시키고, 질소산화물을 저감시키는 기능을 수행한다.
한편, 연료 차단(fuel cut) 상태에서는 미연소 공기가 삼원 촉매를 지남으로서 산소가 삼원 촉매에 저장되고, 연료 재분사 시에는 저장된 산소에 의해서 질소산화물의 정화율이 현지히 떨어지며, 이를 방지하기 위해서 연료 재분사시 과도한 연료를 분사하여 산소를 소모시키는 산소 퍼지(O2 purge)기능을 수행한다.
신품의 삼원 촉매의 경우, 연료 차단 및 산소 퍼지 시 촉매 활성화 전/후에 무관하게 동일한 산소 퍼지 방식이 적용된다. 냉간시 촉매가 활성화되어 있지 않아 촉매가 활성화된 기준으로 산소 퍼지시 과도한 탄화수소 및 일산화 탄소 배출이 발생되어 배기 가스 정화 효과가 악화된다.
본 발명은 삼원 촉매의 열화 정도에 따라 냉간시 연료 차단 이후 산소 퍼지 시간을 조절하여 차량 실연비 개선을 구현하는 촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 장치는, 엔진에서 발생한 배기 가스를 배출하는 배기계와, 상기 배기계에 촉매를 공급하는 삼원 촉매 컨버터(three way catalyst converter; TWC)와, 상기 삼원 촉매 컨버터의 산소 저장 용량(oxygen storage capacity; OSC)을 센싱하는 산소 센서와, 상기 산소 저장 용량을 이용하여 촉매의 열화 정도를 정량적으로 계산하여 상기 삼원 촉매의 산소 퍼지(purge) 시간을 변경하는 변경 제어 조건을 연산하는 연산부, 및 상기 변경 제어 조건에 따라 상기 촉매 컨버터를 제어하여 상기 산소 퍼지 시간을 제어하는 산소 퍼지 제어기를 포함한다.
상기 산소 퍼지 시간 제어는, 냉간시 상기 삼원 촉매의 활성화 전에 수행될 수 있다.
상기 변경 제어 조건은 엔진의 점화 시기, 아이들 RPM(revolution per minute), CAM 타이밍, 공연비 및 분사 조건 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 방법은, 연소실에서 공기와 연료가 혼합되어 연소된 배기 가스가 배출되고, 배기 가스가 통과하는 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 냉간시 촉매 산소 퍼지 제어 방법으로서, 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터의 연료 차단(fuel cut) 조건이 만족되는지 판단하는 단계와, 상기 연료 차단 조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료 차단을 수행하는 단계와, 상기 삼원 촉매의 산소 저장 용량을 측정하는 단계, 및 상기 측정된 산소 저장 용량을 기초로 산소 퍼지 시간을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 냉간시의 냉간 기준은 상기 삼원 촉매 컨버터 전단의 배기 가스 온도가 400도 미만이며 상기 삼원 촉매 활성화 전일 수 있다.
상기 냉간시의 냉간 기준은 엔진 시동 후 200초 전이며 삼원 촉매 활성화 전일 수 있다.
상기 산소 퍼지 시간은 상기 삼원 촉매의 산소 저장 용량(oxygen storage capacity)에 의해 연산될 수 있다.
상기 산소 퍼지 시간은 상기 산소 저장 용량이 작을수록 길게 될 수 있다.
상기 산소 저장 용량은 화학흡착법, 모의활성평가장치, 엔진, 차량 등을 활용하여 측정될 수 있다.
상기 산소 저장 용량은 상기 삼원 촉매의 열화도에 따라 연산될 수 있다.
상기 삼원 촉매의 열화도가 증가할수록, 상기 산소 저장 용량은 줄어들 수 있다.
상기 산소 저장 용량은 상기 삼원 촉매의 열화도와 선형적으로 반비례할 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉간시 촉매 산소 저장 특성을 반영하여 산소 퍼지 시간을 조절함으로써, 배출 가스 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 냉간시 산소 퍼지 시간을 단축함으로써 추가적인 연비 개선이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간시 4Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간시 150Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간시 4Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간시 150Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 열화도에 따른 촉매의 산소 저장 용량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매의 산소 저장 용량에 따른 산소 퍼지 시간을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 촉매 산소 퍼지 제어 장치는 배기계(120)와, 삼원 촉매 컨버터(three way catalyst converter; TWC, 130)와, 산소 센서(131)와, 연산부(150), 및 산소 퍼지 제어기(140)를 포함한다.
배기계(120)는 엔진(110)에서 발생한 배기 가스를 배출하며, 삼원 촉매 컨버터(130)는 배기계(120)에 촉매를 공급한다. 삼원 촉매 컨버터(130)에는 삼원 촉매 컨버터(130)의 산소 저장 용량을 센싱하는 산소 센서(131)가 구비된다
엔진(110)은 가솔린을 원료로 하는 CVVT(Continuous Variable Valve Timing), DOHC(Double Over Head Camshaft), CVT(Continuous Valve Timing), GDI(Gasoline Direct Injection), MPI(Multi Point Injection) 엔진 등이 될 수 있다. 물론, 이러한 가솔린 엔진 외에도, 디젤을 연료로 하는 엔진, 가스를 연료로 하는 엔진 등에도 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있다.
배기계(120)는 일반적으로 엔진에서 발생한 배출 가스를 배출하는 배기 머플러가 되나, 이외에도 매니폴드, 촉매기 등으로 구성될 수 있다.
삼원 촉매 컨버터(130)는 배기 가스와 산화 환원 반응을 하는 촉매(미도시), 이 촉매를 히팅(가열)하는 히터(미도시) 등을 포함하여 구성된다.
산소 센서(132)는 삼원 촉매 컨버터(130)의 산소 저장 용량을 센싱하여 센싱된 산소 저장 용량 정보를 연산부(150)에 제공한다.
연산부(150)는 산소 저장 용량을 이용하여 촉매의 열화 정도를 정량적으로 계산하여 삼원 촉매의 산소 퍼지 시간을 변경하는 변경 제어 조건을 연산한다.
마일리지가 증가함에 따라 촉매의 성능은 점차적으로 저하되는데, 이를 촉매의 열화라고 하며, 화학적 비활성화, 열적 비활성화에 의해 이러한 촉매 열화가 발생될 수 있다. 특히, 가솔린 촉매의 경우 열화의 주된 원인은 고온 노출에 의한 열적 열화이며, 열화에 의해 활성화 온도(LOT; Light-Off Temperature) 상승 및 변환(conversion) 효율성 감소로 나타난다.
산소 퍼지 제어기(140)는 변경 제어 조건에 따라 촉매 컨버터(130)를 제어하여 산소 퍼지 시간을 제어한다. 산소 퍼지 시간 제어는 냉간시 삼원 촉매의 활성화 전에 수행될 수 있으며, 변경 제어 조건은 엔진의 점화 시기, 아이들 RPM(revolution per minute), CAM 타이밍, 공연비 및 분사 조건 중 적어도 하나일 수 있다. 이 중 가장 크게 영향을 미치는 조건은 엔진의 점화 시기와 공연비이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 산소 퍼지 제어 방법은, 연소실에서 공기와 연료가 혼합되어 연소된 배기 가스가 배출되고, 배기 가스가 통과하는 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 냉간시 촉매 산소 퍼지 제어 방법으로서, 우선 연소실로 연료를 분사하는 인젝터의 연료 차단(fuel cut) 조건이 만족되는지 판단한다(S201).
그 후, 연료 차단 조건이 만족되면, 인젝터의 연료 차단을 수행한다(S202).
그 후, 삼원 촉매의 산소 저장 용량을 측정한다(S203). 산소 저장 용량은 화학흡착법, 모의활성평가 장치, 엔진, 차량 등을 활용하여 측정될 수 있다. 또한, 산소 저장 용량은 삼원 촉매의 열화도에 따라 연산될 수 있으며, 삼원 촉매의 열화도가 증가할수록 산소 저장 용량은 줄어들 수 있다. 또한, 산소 저장 용량은 상기 삼원 촉매의 열화도와 선형적으로 반비례할 수 있다.
그 후, 측정된 산소 저장 용량을 기초로 산소 퍼지 시간을 조절한다(S204).
이 때, 냉간시의 냉간 기준은 삼원 촉매 컨버터 전단의 배기 가스 온도가 약 400도 미만이며 삼원 촉매 활성화 전일 수 있다. 또한, 엔진 시동 후 약 200초 전이며 삼원 촉매 활성화 전일 수 있다.
또한, 산소 퍼지 시간은 삼원 촉매의 산소 저장 용량에 의해 연산될 수 있다. 산소 퍼지 시간은 산소 저장 용량이 작을수록 길게 될 수 있다.
한편, 산소 저장 용량 측정은 산소 퍼지 시간 조절 단계(S204)에서 연료 차단 후 측정하여 변경도 가능하다. 그러나, 측정치의 편차가 발생할 수 있어 통상 운전시 일정 조건에서 측정하여 업데이트된 산소 저장 용량을 사용하여 조절할 수도 있다.
또한, 산소 저장 용량은 연료 차단 단계(S202)나 정속 조건에서 측정할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간시 4Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간시 150Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 엔진 시동 후 약 200초 전 삼원 촉매 배기온이 약 400도 이하인 냉간시, 4Kmile 열화품의 경우 산소 퍼지시 삼원 촉매 컨버터 전단 람다값 즉, 공연비가 낮아지고, 삼원 촉매 컨버터 출구(WCCout)에서 측정한 탄화 수소와 질소 산화물의 배출은 소량 이루어진다. 또한, 도 4를 참조하면, 엔진 시동 후 약 200초 전 삼원 촉매 배기온이 약 400도 이하인 냉간시, 150Kmile 열화품의 경우 산소 퍼지시 탄화 수소 및 질소 산화물의 배출량은 증가한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 4Kmile 열화품인 신품의 경우 냉간시 적은 EM 배출 특성을 나타내며 신품의 경우 산소 퍼지 시간 단축으로 추가 연비 개선이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간시 4Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간시 150Kmile 열화품의 촉매 산소 퍼지 실행시 EM 배출 거동을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 엔진 시동 후 약 200초 후 삼원 촉매 배기온이 약 400도 이상인 온간시 탄화 수소 배출은 없으며, 질소 산화물은 다량 배출된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 온간시 4Kmile 열화품과 150Kmile 열화품의 질소 산화물 배출이 동일하게 관찰되므로, 산소 퍼지 시간 단축은 어렵다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 열화도에 따른 촉매의 산소 저장 용량을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 4Kmile 열화품의 경우에 비해서 150Kmile 열화품의 경우에 산소 저장 용량이 작음을 알 수 있다. 예를 들어, 삼원 촉매는 1.4리터 엔진의 가솔린 차량인 경우 4Kmile 열화품은 산소 저장 용량이 약 1700mg으로 나타나며, 150Kmile 열화품은 산소 저장 용량이 약 940mg으로 나타남을 알 수 있다. 산소 저장 용량은 삼원 촉매의 열화도와 선형적으로 반비례 관계에 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매의 산소 저장 용량에 따른 산소 퍼지 시간을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 4Kmile 열화품의 경우에 비해서 150Kmile 열화품의 경우 산소 퍼지 시간을 증가시킨다. 즉, 산소 저장 용량이 줄어듦에 따라 연료 차단 이후 산소 퍼지 시간을 증가시킨다. 이 때, 산소 저장 용량은 산소 퍼지 시간과 선형적으로 반비례 관계에 있다. 예를 들어, 삼원 촉매는 1.4리터 엔진의 가솔린 차량인 경우 4Kmile 열화품일 때, 약 10초의 산소 퍼지 시간으로 조절되고, 150Kmile 열화품일 때, 약 20초의 산소 퍼지 시간으로 조절될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 냉간시 촉매 산소 저장 특성을 반영하여 산소 퍼지 시간을 조절함으로써, 배출 가스 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 냉간시 산소 퍼지 시간을 단축함으로써 추가적인 연비 개선이 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
110: 엔진 120: 배기계
130: 삼원 촉매 컨버터 131: 산소 센서
140: 산소 퍼지 제어기 150: 연산부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 연소실에서 공기와 연료가 혼합되어 연소된 배기 가스가 배출되고, 배기 가스가 통과하는 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 촉매 산소 퍼지 제어 장치의 냉간시 촉매 산소 퍼지 제어 방법으로서,
    상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터의 연료 차단(fuel cut) 조건이 만족되는지 판단하는 단계;
    상기 연료 차단 조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료 차단을 수행하는 단계;
    상기 삼원 촉매의 산소 저장 용량을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 산소 저장 용량을 기초로 산소 퍼지 시간을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 산소 퍼지 시간은 상기 삼원 촉매의 산소 저장 용량(oxygen storage capacity)에 의해 연산되고,
    상기 산소 퍼지 시간은 상기 산소 저장 용량이 작을수록 길게 되는 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  5. 제 4 항에서,
    상기 냉간시의 냉간 기준은 상기 삼원 촉매 컨버터 전단의 배기 가스 온도가 400도 미만이며 상기 삼원 촉매의 활성화 전인 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  6. 제 4 항에서,
    상기 냉간시의 냉간 기준은 엔진 시동 후 200초 전이며 삼원 촉매 활성화 전인 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 4 항에서,
    상기 산소 저장 용량은 화학흡착법, 모의활성평가장치, 엔진, 차량 중 어느 하나를 활용하여 측정되는 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  10. 제 4 항에서,
    상기 산소 저장 용량은 상기 삼원 촉매의 열화도에 따라 연산되는 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  11. 제 10 항에서,
    상기 삼원 촉매의 열화도가 증가할수록, 상기 산소 저장 용량은 줄어드는 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
  12. 제 11 항에서,
    상기 산소 저장 용량은 상기 삼원 촉매의 열화도와 선형적으로 반비례하는 촉매 산소 퍼지 제어 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10920645B2 (en) * 2018-08-02 2021-02-16 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for on-board monitoring of a passive NOx adsorption catalyst
FR3107085A1 (fr) * 2020-02-06 2021-08-13 Vitesco Technologies Purge d’oxygène dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile à la reprise d’injection
DE102020214435A1 (de) 2020-11-17 2022-05-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Reduktionsverfahren zur Verringerung des Sauerstoffgehalts im Katalysator, Motoranordnung und Fahrzeug

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005233115A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Toyota Motor Corp 内燃機関制御装置及びそれを搭載した車両
JP2013119809A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Toyota Motor Corp 内燃機関のインバランス検出装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347511B1 (en) * 1999-12-21 2002-02-19 Ford Global Technologies, Inc. Exhaust gas purification system for lean burn engine
JP3941828B2 (ja) * 2005-09-15 2007-07-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
JP4759496B2 (ja) * 2006-11-24 2011-08-31 本田技研工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置
JP4733003B2 (ja) * 2006-11-24 2011-07-27 本田技研工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置
EP2772636B1 (en) * 2011-10-24 2016-12-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Catalyst-degradation detection device
DE102013009476A1 (de) * 2013-06-06 2014-12-11 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Verfahren zur lastabhängigen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs nach einer Schubabschaltung
EP3020948A4 (en) * 2013-07-11 2016-08-10 Toyota Motor Co Ltd EXHAUST GAS CLEANING DEVICE FOR A COMBUSTION ENGINE
US9903297B2 (en) * 2014-01-10 2018-02-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control system of internal combustion engine
JP6128041B2 (ja) * 2014-03-31 2017-05-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御システム
JP6144652B2 (ja) * 2014-07-23 2017-06-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
KR101822562B1 (ko) * 2015-03-31 2018-01-29 도요타지도샤가부시키가이샤 내연 기관의 배기 정화 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005233115A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Toyota Motor Corp 内燃機関制御装置及びそれを搭載した車両
JP2013119809A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Toyota Motor Corp 内燃機関のインバランス検出装置

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