WO2024075264A1 - 内燃機関の排気浄化方法および装置 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
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- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
Definitions
- This invention relates to an exhaust purification method and device for an internal combustion engine that is equipped with a NOx sensor downstream of an exhaust purification catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine.
- NOx sensors which detect the NOx concentration in exhaust gas, have been developed for diesel engines that perform lean burn, but in recent years, attempts have been made to use NOx sensors in place of (or in addition to) air-fuel ratio sensors or oxygen sensors downstream of exhaust purification catalysts, even in spark ignition engines that basically perform combustion at a theoretical air-fuel ratio (see, for example, Patent Document 1).
- NOx sensors are sensitive to the NOx concentration in the exhaust gas, and also to the ammonia concentration.
- Ammonia is generated in the exhaust gas purification catalyst in a rich environment and flows out downstream of the exhaust gas purification catalyst.
- ammonia dissolves easily in water, so the condensed water remaining in the exhaust system after the internal combustion engine is stopped often contains ammonia. If the internal combustion engine starts operating with such condensed water containing ammonia remaining in the exhaust system, ammonia is released as the condensed water evaporates, and this ammonia is detected by the NOx sensor, creating a problem.
- the NOx sensor may mistakenly detect ammonia released from the condensed water, which could result in incorrect exhaust purification control using the output of the NOx sensor.
- Patent Document 2 discloses a technology for detecting the presence or absence of condensed water by comparing the temperature detected by a first temperature sensor located in a position where condensed water is likely to adhere with the temperature detected by a second temperature sensor in a position where condensed water does not adhere.
- Patent Document 2 cannot solve the problem of the NOx sensor falsely detecting ammonia dissolved in the condensed water.
- the present invention provides an exhaust gas purification method for an internal combustion engine, comprising the steps of: providing an NOx sensor, which is sensitive to NOx and ammonia concentrations in exhaust gas, downstream of an exhaust gas purification catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine; and using a detection signal from the NOx sensor for exhaust gas purification control, After starting the internal combustion engine, it is determined whether or not a condition exists under which ammonia is not generated in the exhaust purification catalyst; The amount of NOx detected by the NOx sensor is compared with a predetermined threshold value. If the conditions are such that no ammonia is produced and the detected amount is less than the threshold value, the detection signal from the NOx sensor is permitted to be used in the exhaust purification control.
- ammonia is not generated in the exhaust purification catalyst during fuel cut or when the exhaust purification catalyst has not yet reached an active state. If the amount detected by the NOx sensor under such conditions where ammonia is not generated is less than a predetermined threshold, it can be assumed that there is no effect of ammonia released from the condensed water, and the detection signal from the NOx sensor can be used for exhaust purification control.
- the present invention can correctly determine when the ammonia contained in the condensed water is no longer detected by the NOx sensor, and control using the detection signal from the NOx sensor can be started early.
- 1 is a diagram illustrating the configuration of an internal combustion engine equipped with a three-way catalyst according to an embodiment of the present invention
- 4 is a flowchart showing a process flow for initial ammonia determination according to an embodiment.
- 4 is a time chart showing the behavior of each part in the initial ammonia determination according to an embodiment of the present invention
- FIG. 1 is an explanatory diagram showing the general configuration of an internal combustion engine 1 of one embodiment to which the present invention is applied.
- the internal combustion engine 1 of one embodiment is a four-stroke cycle spark ignition internal combustion engine (a so-called gasoline engine), and each cylinder is provided with an intake valve 2, an exhaust valve 3, and an ignition plug 4.
- the illustrated example is configured as an engine of direct injection into a cylinder, and a fuel injection valve 5 that injects fuel into the cylinder is disposed, for example, on the intake valve 2 side.
- a port injection type configuration in which fuel is injected toward an intake port 6 may also be used.
- An electronically controlled throttle valve 10 whose opening is controlled by a control signal from an engine controller 9, is installed upstream of the collector section 8 of the intake passage 7 connected to the intake port 6 of each cylinder.
- An air flow meter 11 that detects the amount of intake air is installed upstream of the throttle valve 10, and an air cleaner 12 is installed further upstream.
- the exhaust ports 13 of each cylinder are gathered into a single exhaust passage 14, and an exhaust purification catalyst, such as a three-way catalyst 15, for purifying the exhaust gas is provided in this exhaust passage 14.
- the three-way catalyst 15 is, for example, a monolith ceramic catalyst in which a catalyst layer containing catalytic metal is coated on the surface of a monolith ceramic body in which fine passages are formed.
- the three-way catalyst 15 may also be configured to further include a downstream catalyst (so-called underfloor catalyst) arranged in series.
- An upstream air-fuel ratio sensor 19 is disposed on the inlet side of the three-way catalyst 15 in the exhaust passage 14, i.e., upstream of the three-way catalyst 15, to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged by the internal combustion engine 1 (in other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 15).
- This upstream air-fuel ratio sensor 19 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor that provides an output according to the exhaust air-fuel ratio.
- a NOx sensor 20 is disposed on the outlet side or downstream side of the three-way catalyst 15 to detect NOx and ammonia in the exhaust gas flowing out from the three-way catalyst 15.
- the NOx sensor 20 is sensitive to both ammonia concentration and NOx concentration, and both are output as a single detection signal.
- the NOx sensor 20 in this embodiment functions as a substitute for an oxygen sensor provided downstream of the three-way catalyst 15.
- NOx flows out from the three-way catalyst 15, and this NOx is detected by the NOx sensor 20.
- the air-fuel ratio environment inside the three-way catalyst 15 becomes rich, ammonia flows out from the three-way catalyst 15, and this ammonia is detected by the NOx sensor 20. If the air-fuel ratio environment inside the three-way catalyst 15 is equivalent to the theoretical air-fuel ratio, neither NOx nor ammonia basically flows out, and the output signal of the NOx sensor 20 becomes low.
- the air-fuel ratio environment inside the three-way catalyst 15 can be detected based on the output signal of the NOx sensor 20.
- the three-way catalyst 15 deteriorates, its ammonia generation ability and its oxidation ability in a rich environment change, so that a catalyst deterioration diagnosis may be performed using the ammonia concentration detected by the NOx sensor 20.
- the detection signal from the NOx sensor 20 is used for exhaust purification control is not an essential part of the present invention and is optional.
- a downstream air-fuel ratio sensor may be provided downstream of the three-way catalyst 15 in addition to the NOx sensor 20.
- an inlet side exhaust gas temperature sensor 25 is provided at the inlet of the three-way catalyst 15 to detect the temperature of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 15.
- the temperature of the three-way catalyst 15 is estimated based on the exhaust gas temperature detected by this inlet side exhaust gas temperature sensor 25.
- a catalyst temperature sensor that detects the temperature of the support of the three-way catalyst 15 may also be used.
- the detection signals of the upstream air-fuel ratio sensor 19, NOx sensor 20, inlet exhaust temperature sensor 25, and air flow meter 11 are input to the engine controller 9.
- the engine controller 9 also receives detection signals from a number of sensors, such as a crank angle sensor 21 for detecting the engine speed, a water temperature sensor 22 for detecting the cooling water temperature, and an accelerator position sensor 23 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal operated by the driver. Based on these input signals, the engine controller 9 optimally controls the amount and timing of fuel injection by the fuel injection valve 5, the ignition timing by the spark plug 4, the opening of the throttle valve 10, etc.
- the engine controller 9 performs air-fuel ratio control to maintain the oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 at a target oxygen storage amount (for example, set to about 40 to 60%) in order to optimize the exhaust purification performance of the three-way catalyst 15.
- the fuel injection amount is feedback controlled (for example, PID control, etc.) so that the exhaust air-fuel ratio detected by the upstream air-fuel ratio sensor 19 (hereinafter, this is called the upstream exhaust air-fuel ratio) is in line with the target air-fuel ratio.
- the target air-fuel ratio is calculated so that the oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 estimated from the upstream exhaust air-fuel ratio matches the target oxygen storage amount.
- the oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 is maintained near the target oxygen storage amount.
- the air-fuel ratio environment inside the three-way catalyst 15 is equivalent to the theoretical air-fuel ratio. This effectively oxidizes CO and HC in the exhaust and reduces NOx.
- the estimated oxygen storage amount is reset to a predetermined rich side value or lean side value, respectively, in order to correct the estimation error of the oxygen storage amount.
- step 2 is a flow chart showing the flow of the process of initial ammonia determination in one embodiment.
- the process of FIG. 2 starts when the main switch of the vehicle is turned ON, and in step 1, it is determined whether the internal combustion engine 1 has started.
- the process proceeds from step 1 to step 2, and it is determined whether the ambient temperature (or wall temperature) T in the exhaust pipe near the NOx sensor 20 has exceeded 100°C. If it is below 100°C, it waits until it exceeds 100°C. This threshold value of 100°C corresponds to the temperature at which condensed water begins to evaporate if condensed water is present. If ammonia is dissolved in the condensed water, the ammonia is released as it evaporates.
- the ambient temperature T in the exhaust pipe near the NOx sensor 20 can be detected or estimated by an appropriate method, for example, it is estimated using the detected temperature of the inlet side exhaust temperature sensor 25 located upstream of the three-way catalyst 15.
- step 2 If it exceeds 100°C, proceed from step 2 to step 3, and turn on the temperature condition permission flag. Next, proceed to step 4, and determine whether or not a predetermined condition is met under which ammonia is not generated in the three-way catalyst 15. If the answer is NO, wait until this condition is met.
- the predetermined condition under which ammonia is not generated is any one of "fuel cut,” "the estimated oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 is equal to or greater than a predetermined value (for example, set to approximately 20-30%)," and "the three-way catalyst 15 is in an inactive state.” That is, in one example, the determination in step 4 includes three things: determining whether the internal combustion engine 1 is in a fuel cut state, determining whether the oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 is equal to or greater than a predetermined value, and determining whether the three-way catalyst 15 is in an active state.
- step 4 the process proceeds from step 4 to step 5, and the amount of ammonia detected by the NOx sensor 20 at that time is compared with a predetermined threshold value. If the detected amount of ammonia is equal to or greater than the threshold value, the process waits until it falls below the threshold value.
- step 6 the NOx sensor usage permission flag is set to ON, and the detection signal from the NOx sensor 20 is permitted to be used in exhaust purification control.
- the detection signal from the NOx sensor 20 begins to be used in the control of the oxygen storage amount described above, etc.
- FIG. 3 is a time chart showing various signals in the initial ammonia determination in the above embodiment.
- Column (a) in the top row shows the change in the rotation speed of the internal combustion engine 1
- column (b) shows the change in the ambient temperature T in the exhaust pipe near the NOx sensor 20.
- Column (c) shows the change in the air-fuel ratio of the internal combustion engine 1 (target air-fuel ratio or upstream exhaust air-fuel ratio).
- Column (d) shows the change in the amount of ammonia detected by the NOx sensor 20.
- the detection signal of the NOx sensor 20 also contains NOx components, but here it is referred to as the amount of ammonia for ease of understanding.
- column (d) essentially represents the change in the amount of ammonia released from the condensed water.
- Column (e) shows the ON/OFF state of the temperature condition permission flag FLGTEMP and the NOx sensor use permission flag FLGNOX described above.
- the ambient temperature T in the exhaust pipe near the NOx sensor 20 exceeds 100°C at time t2, and the temperature condition permission flag FLGTEMP turns ON.
- the condensed water begins to evaporate, and the ammonia released from the condensed water is detected by the NOx sensor 20 before time t2.
- Fuel cut corresponds to a predetermined condition where ammonia is not generated in the three-way catalyst 15 described above. In other words, since no combustion takes place in the combustion chamber, ammonia is not generated in the three-way catalyst 15. Therefore, when fuel cut starts, the amount of ammonia detected by the NOx sensor 20 is compared with a threshold value in step 5 of FIG. 2 described above. In the illustrated example, at time t3, the amount of ammonia detected by the NOx sensor 20 becomes less than the threshold value, and the NOx sensor usage permission flag FLGNOX turns ON. As a result, the detection signal of the NOx sensor 20 begins to be used for exhaust purification control from time t3.
- the NOx sensor usage permission flag FLGNOX is also set to ON. Note that whether the three-way catalyst 15 is in an inactive state or an active state is basically determined based on the temperature state of the three-way catalyst 15.
- the estimated oxygen storage amount of the three-way catalyst 15 is equal to or greater than a certain predetermined value (for example, set to approximately 20-30%), ammonia will not flow out from the three-way catalyst 15.
- a certain predetermined value for example, set to approximately 20-30%
- the value "20-30%" is merely an example, and an oxygen storage amount at which ammonia will not actually flow out will be set depending on the components of the three-way catalyst 15, etc. Therefore, if the estimated oxygen storage amount is equal to or greater than a predetermined value and the amount of ammonia detected by the NOx sensor 20 is less than the threshold value, the NOx sensor usage permission flag FLGNOX will similarly be set to ON.
- the conditions under which ammonia is not produced in the three-way catalyst 15 are not limited to the above three, and may be other conditions. Also, the determination may be made based on only one or two of the above three conditions.
- the threshold value of the ammonia amount in step 5 of FIG. 2 is determined, for example experimentally, as the level at which it can be considered that ammonia has disappeared from the condensed water.
- the internal combustion engine 1 may be operated at an appropriate high load in order to promote the reduction of the ammonia dissolved in the condensed water.
- the engine is operated at a high load while maintaining the theoretical air-fuel ratio. By operating at a high load, the exhaust temperature rises and the gas flow rate increases, which promote the evaporation of the condensed water. Therefore, the detection signal of the NOx sensor 20 can be used earlier.
- the detection signal from the NOx sensor 20 is prohibited from being used until the effect of the ammonia dissolved in the condensed water on the NOx sensor 20 disappears, so various problems caused by erroneously detecting ammonia from the condensed water as ammonia or NOx flowing out of the three-way catalyst 15 can be avoided.
- the system determines whether ammonia has disappeared from the condensed water based on the amount of ammonia under conditions in which ammonia is not produced in the three-way catalyst 15, allowing for an accurate determination and enabling the detection signal from the NOx sensor 20 to be used early.
- the above initial ammonia determination may be performed only at the beginning of a trip, or in the case of a hybrid vehicle, it may be performed again at restart when condensed water may still be present.
- a power generating internal combustion engine in a series hybrid vehicle if the temperature of the exhaust system drops while the internal combustion engine is stopped, it is desirable to perform an initial ammonia determination each time the internal combustion engine is started.
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Abstract
内燃機関（１）の三元触媒（１５）の下流側に、排気中のＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度に感度を有するＮＯｘセンサ（２０）を備え、このＮＯｘセンサ（２０）の検出信号が排気浄化制御に使用される。内燃機関（１）の始動後、三元触媒（１５）においてアンモニアが生成されないフューエルカット等の所定の条件であるか否かを判定し、所定の条件であればＮＯｘセンサ（２０）により検出されたアンモニア量を所定の閾値と比較する。閾値未満であれば、凝縮水に溶け込んだアンモニアの影響がなくなったと判断して、ＮＯｘセンサ（２０）の検出信号を排気浄化制御に使用することを許可する。
Description
この発明は、内燃機関の排気通路における排気浄化触媒の下流側にＮＯｘセンサを備えた内燃機関の排気浄化方法および装置に関する。
排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサは、希薄燃焼を行うディーゼル機関の下で発展してきたが、近年、基本的に理論空燃比での燃焼を行う火花点火機関にあっても、排気浄化触媒下流における空燃比センサないし酸素センサに代えて（あるいはこれらに加えて）ＮＯｘセンサを用いる試みがなされている（例えば特許文献１参照）。
ＮＯｘセンサは、その原理上、排気中のＮＯｘ濃度に対し感度を有するとともに、アンモニア濃度に対しても感度を有する。アンモニアはリッチ環境下において排気浄化触媒内で生成され、排気浄化触媒の下流に流出する。
また、アンモニアは、水に溶け込みやすく、従って、内燃機関の停止後に排気系内に残存する凝縮水は、しばしば、アンモニアを含んだものとなり得る。このようなアンモニアを含んだ凝縮水が排気系に残存した状態で内燃機関の運転が開始されると、凝縮水の蒸発に伴ってアンモニアが放出され、このアンモニアをＮＯｘセンサが検知してしまう、という問題が生じる。
つまり、実際に内燃機関から排出されて排気浄化触媒を通過してくる排気にはアンモニアが含まれていないにも拘わらず、凝縮水から放出されたアンモニアをＮＯｘセンサが誤って検知し、ＮＯｘセンサの出力を利用した排気浄化制御が正しく行われないおそれがある。
特許文献２は、凝縮水が付着しやすい位置にある第１の温度センサによる検出温度と凝縮水が付着しない第２の温度センサの検出温度とを比較することで凝縮水の有無を検出する技術を開示している。
しかし、この特許文献２の技術では、凝縮水に溶け込んだアンモニアをＮＯｘセンサが誤検知するという問題を解決することはできない。
この発明は、内燃機関の排気通路における排気浄化触媒の下流側に、排気中のＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度に感度を有するＮＯｘセンサを備え、このＮＯｘセンサの検出信号を排気浄化制御に用いる内燃機関の排気浄化方法において、
内燃機関の始動後、上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件であるか否かを判定し、
上記ＮＯｘセンサによる検出量を所定の閾値と比較し、
アンモニアが生成されない条件であり、かつ上記検出量が上記閾値未満であれば、上記ＮＯｘセンサの検出信号を上記排気浄化制御に使用することを許可する。
内燃機関の始動後、上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件であるか否かを判定し、
上記ＮＯｘセンサによる検出量を所定の閾値と比較し、
アンモニアが生成されない条件であり、かつ上記検出量が上記閾値未満であれば、上記ＮＯｘセンサの検出信号を上記排気浄化制御に使用することを許可する。
例えばフューエルカット中や排気浄化触媒がまだ活性状態に達していない場合には、排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない。このようなアンモニアが生成されない条件の下でＮＯｘセンサによる検出量が所定の閾値未満であれば、凝縮水から放出されたアンモニアの影響がないものとみなすことができ、ＮＯｘセンサの検出信号を排気浄化制御に使用することが可能である。
このように、本発明では、凝縮水に含まれたアンモニアがＮＯｘセンサによって検知されなくなったことを正しく判定でき、ＮＯｘセンサの検出信号を利用した制御を早期に開始することができる。
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用される一実施例の内燃機関１の概略的な構成を示した説明図である。一実施例の内燃機関１は、４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関（いわゆるガソリン機関）であって、各気筒に、吸気弁２ならびに排気弁３および点火プラグ４を備えている。また図示例は、筒内直接噴射式機関として構成されており、筒内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁５が、例えば吸気弁２側に配置されている。なお、吸気ポート６へ向けて燃料を噴射するポート噴射型の構成であってもよい。
各気筒の吸気ポート６に接続された吸気通路７のコレクタ部８上流側には、エンジンコントローラ９からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１０が介装されている。スロットルバルブ１０の上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１１が配設されており、さらに上流側に、エアクリーナ１２が配設されている。
各気筒の排気ポート１３は、１本の排気通路１４として集合し、この排気通路１４に、排気浄化のための排気浄化触媒例えば三元触媒１５が設けられている。三元触媒１５は、例えば、微細な通路が形成されたモノリスセラミックス体の表面に触媒金属を含む触媒層をコーティングした、いわゆるモノリスセラミックス触媒である。なお、三元触媒１５は、直列に配置された下流側の触媒（いわゆる、床下触媒）をさらに含む構成であってもよい。
排気通路１４の三元触媒１５の入口側つまり該三元触媒１５よりも上流側の位置には、内燃機関１が排出する排気ガスの空燃比（換言すれば三元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比）を検出するための上流側空燃比センサ１９が配置されている。この上流側空燃比センサ１９は、排気空燃比に応じた出力が得られるいわゆる広域空燃比センサである。
また、三元触媒１５の出口側ないし下流側に、三元触媒１５から流出する排気ガス中のＮＯｘおよびアンモニアを検出するＮＯｘセンサ２０が配置されている。つまりＮＯｘセンサ２０は、アンモニア濃度およびＮＯｘ濃度の双方に感度を有し、両者が１つの検出信号として出力される。
この実施例のＮＯｘセンサ２０は、三元触媒１５の下流に設けられる酸素センサの代替としての機能を有している。三元触媒１５内部の空燃比環境がリーンとなると、三元触媒１５からＮＯｘが流出し、このＮＯｘがＮＯｘセンサ２０によって検出される。他方、三元触媒１５内部の空燃比環境がリッチとなると、三元触媒１５からアンモニアが流出し、このアンモニアがＮＯｘセンサ２０によって検出される。そして、三元触媒１５内部の空燃比環境が理論空燃比相当にあれば、ＮＯｘおよびアンモニアのいずれも基本的には流出せず、ＮＯｘセンサ２０の出力信号が低レベルとなる。従って、ＮＯｘセンサ２０の出力信号に基づき、三元触媒１５内部の空燃比環境を検出することができる。また、三元触媒１５が劣化するとリッチ環境下でのアンモニア生成能力やその酸化能力が変化するので、ＮＯｘセンサ２０が検出するアンモニア濃度を利用した触媒の劣化診断がなされる場合もある。ＮＯｘセンサ２０の検出信号をどのような形で排気浄化制御に利用するかは本発明の要部ではなく、任意である。また、三元触媒１５の下流にＮＯｘセンサ２０に加えて下流側空燃比センサを備えた構成であってもよい。
さらに、図示例においては、三元触媒１５の入口部に、当該三元触媒１５に流入する排気の温度を検出するための入口側排気温度センサ２５を備えている。この入口側排気温度センサ２５が検出する排気温度に基づいて、三元触媒１５の温度が推定される。なお、三元触媒１５の担体の温度を検出する触媒温度センサを用いるようにしてもよい。あるいは、内燃機関１から三元触媒１５に与えられる投入熱量に基づいて三元触媒１５の温度を推定することも可能である。
上流側空燃比センサ１９、ＮＯｘセンサ２０、入口側排気温度センサ２５、およびエアフロメータ１１の検出信号は、エンジンコントローラ９に入力される。エンジンコントローラ９には、さらに、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ２１、冷却水温を検出する水温センサ２２、運転者に操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２３、等の多数のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ９は、これらの入力信号に基づき、燃料噴射弁５による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ４による点火時期、スロットルバルブ１０の開度、等を最適に制御している。
エンジンコントローラ９は、内燃機関１の種々の制御の中の１つとして、三元触媒１５による排気浄化性能を最適化するために三元触媒１５の酸素ストレージ量を目標酸素ストレージ量（例えば４０～６０％付近に設定される）に保つための空燃比制御を行う。空燃比制御においては、上流側空燃比センサ１９が検出する排気空燃比（以下、これを上流側排気空燃比と呼ぶ）が目標空燃比に沿うように燃料噴射量がフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御等）される。ここで、目標空燃比は、上流側排気空燃比から推定される三元触媒１５の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量に一致するように演算される。従って、基本的には、三元触媒１５の酸素ストレージ量は目標酸素ストレージ量付近に維持される。酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量付近にあるときに、三元触媒１５内部の空燃比環境は理論空燃比相当となる。これにより、排気中のＣＯならびにＨＣの酸化およびＮＯｘの還元が効果的になされる。そして、ＮＯｘセンサ２０の検出信号に基づいて三元触媒１５の空燃比環境がリッチ側あるいはリーン側に偏ったことが検出されたときは、酸素ストレージ量の推定誤差を修正するために、推定酸素ストレージ量がそれぞれ所定のリッチ側の値もしくはリーン側の値にリセットされる。
ここで、前述したように、内燃機関１の運転が停止したときに排気系内に凝縮水が生じ、この凝縮水にアンモニアが溶け込んだ状態となることがある。このような状態で内燃機関１の運転が開始すると、凝縮水の蒸発に伴ってアンモニアが放出され、このアンモニアをＮＯｘセンサ２０が検知することで、誤った情報がエンジンコントローラ９に与えられることがある。例えば、フューエルカットリカバー時のリッチスパイクの終了をＮＯｘセンサ２０の出力信号に基づいて決定するような場合に、凝縮水からのアンモニアがＮＯｘセンサ２０に検知されることで、三元触媒１５がリッチに反転したものとみなされ、リッチスパイクが不十分なまま早期に終了してしまう現象が生じ得る。
このような凝縮水からのアンモニアの影響を回避するために、上記実施例では、内燃機関１の始動後、初期アンモニア判定を実行し、凝縮水からのアンモニアの放出が終わった（そもそもアンモニアが存在しない場合を含む）ものと判定するまではＮＯｘセンサ２０の出力信号を排気浄化制御に使用することを禁止する。そして、凝縮水からのアンモニアの放出がなくなったと判定したら、ＮＯｘセンサ２０の出力信号を排気浄化制御に使用することを許可する。
図２は、一実施例の初期アンモニア判定の処理の流れを示すフローチャートである。車両のメインスイッチがＯＮとなることで図２の処理が開始し、ステップ１では、内燃機関１が始動したか否かを判定する。内燃機関１が始動したらステップ１からステップ２へ進み、ＮＯｘセンサ２０付近の排気管内の雰囲気温度（壁温でもよい）Ｔが１００℃を越えたか否か判定する。１００℃以下であれば、１００℃を越えるまで待機する。この１００℃という閾値は、凝縮水が存在していた場合に、この凝縮水が蒸発し始める温度に相当する。仮に凝縮水にアンモニアが溶け込んでいれば、蒸発に伴ってアンモニアが放出される。ＮＯｘセンサ２０付近の排気管内の雰囲気温度Ｔは、適当な方法で検出ないし推定することができ、例えば、三元触媒１５上流に位置する入口側排気温度センサ２５の検出温度を用いて推定される。
１００℃を越えていれば、ステップ２からステップ３へ進み、温度条件許可フラグをＯＮとする。次に、ステップ４へ進み、三元触媒１５においてアンモニアが生成されない所定の条件であるか否かの判定を行う。ＮＯであれば、この条件が成立するまで待機する。
アンモニアが生成されない所定の条件とは、一実施例においては、「フューエルカット中であること」、「三元触媒１５の推定酸素ストレージ量が所定値（例えば２０～３０％付近に設定される）以上であること」、「三元触媒１５が未活性状態であること」のいずれかである。すなわち、ステップ４の判定は、一例では、内燃機関１のフューエルカット状態であるか否かの判定、三元触媒１５の酸素ストレージ量が所定値以上であるか否かの判定、三元触媒１５が活性状態にあるか否かの判定、の３つが含まれている。これらの条件のいずれかが成立したら、ステップ４からステップ５へ進み、そのときのＮＯｘセンサ２０によって検出されたアンモニア量を所定の閾値と比較する。検出されたアンモニア量が閾値以上であれば、閾値未満となるまで待機する。
検出されたアンモニア量が閾値未満となったら、ステップ６へ進み、ＮＯｘセンサ使用許可フラグをＯＮとして、ＮＯｘセンサ２０の検出信号を排気浄化制御に使用することを許可する。つまり、上述した酸素ストレージ量の制御等においてＮＯｘセンサ２０の検出信号の利用を開始する。
図３は、上記実施例の初期アンモニア判定における種々の信号等を示すタイムチャートである。最上段の（ａ）欄は内燃機関１の回転速度の変化を示し、（ｂ）欄はＮＯｘセンサ２０付近の排気管内の雰囲気温度Ｔの変化を示す。（ｃ）欄は、内燃機関１の空燃比（目標空燃比もしくは上流側排気空燃比）の変化を示す。（ｄ）欄は、ＮＯｘセンサ２０によって検出されるアンモニア量の変化を示す。実際には、ＮＯｘセンサ２０の検出信号にはＮＯｘ成分も含まれるが、ここでは、理解を容易にするためにアンモニア量としてある。この例では、（ｄ）欄は、実質的には、凝縮水から放出されたアンモニア量の変化を表している。（ｅ）欄は、上述した温度条件許可フラグＦＬＧＴＥＭＰおよびＮＯｘセンサ使用許可フラグＦＬＧＮＯＸのＯＮ・ＯＦＦを示している。
このタイムチャートの例では、（ａ）欄および（ｃ）欄から理解できるように、内燃機関１の始動（時間ｔ１）後、空燃比を理論空燃比とした定常走行がなされ、その後、（ｃ）欄に「ＦｕｅｌＣｕｔ」として示す区間においてフューエルカットが実行されている。
（ｂ）欄に示すように、ＮＯｘセンサ２０付近の排気管内の雰囲気温度Ｔは、時間ｔ２において１００℃を越え、これに伴って温度条件許可フラグＦＬＧＴＥＭＰがＯＮとなる。また、ＮＯｘセンサ２０付近の排気管内の雰囲気温度Ｔが高くなることで凝縮水の蒸発が始まり、時間ｔ２以前に、凝縮水から放出されたアンモニアがＮＯｘセンサ２０によって検出されるようになる。
フューエルカットは、前述した三元触媒１５においてアンモニアが生成されない所定の条件に該当する。つまり、燃焼室内での燃焼がなされないので、三元触媒１５においてアンモニアが生成されることはない。そのため、フューエルカットの開始とともに前述した図２のステップ５においてＮＯｘセンサ２０によって検出されたアンモニア量が閾値と比較される。図示例では、時間ｔ３の時点で、ＮＯｘセンサ２０によって検出されたアンモニア量が閾値未満となり、これに伴って、ＮＯｘセンサ使用許可フラグＦＬＧＮＯＸがＯＮとなる。これにより、時間ｔ３の時点からＮＯｘセンサ２０の検出信号が排気浄化制御に使用されるようになる。
三元触媒１５が未活性状態である場合にも三元触媒１５においてアンモニアが生成されることはない。従って、三元触媒１５が未活性状態であって、かつＮＯｘセンサ２０によって検出されたアンモニア量が閾値未満であれば、同様に、ＮＯｘセンサ使用許可フラグＦＬＧＮＯＸがＯＮとなる。なお、三元触媒１５が未活性状態であるか活性状態であるかは、基本的には、三元触媒１５の温度状態に基づいて判別される。
また、三元触媒１５の推定酸素ストレージ量がある所定値（例えば２０～３０％付近に設定される）以上である場合にも、三元触媒１５からアンモニアが流出しない。なお、「２０～３０％」という数値は一例に過ぎず、三元触媒１５の成分等に応じて、実際にアンモニアが流出しない酸素ストレージ量に設定される。従って、推定酸素ストレージ量が所定値以上であって、かつＮＯｘセンサ２０によって検出されたアンモニア量が閾値未満であれば、同様に、ＮＯｘセンサ使用許可フラグＦＬＧＮＯＸがＯＮとなる。
三元触媒１５においてアンモニアが生成されない条件としては、上記の３つに限定されず、他の条件であってもよい。また、上記の３つの条件の中の１つあるいは２つのみの判定であってもよい。
図２のステップ５におけるアンモニア量の閾値は、凝縮水からのアンモニアが消失したとみなし得るレベルとして、例えば実験的に定められる。
なお、本発明の付加的な制御として、図２のステップ５においてアンモニア量が閾値以上であると判定したときに、凝縮水に溶け込んだアンモニアの減少を促すために、内燃機関１を適当に高負荷運転するようにしてもよい。詳しくは、理論空燃比のまま高負荷運転する。高負荷運転することで、排気温度が上昇するとともに、ガス流量が増加し、これらによって凝縮水の蒸発が促進される。従って、ＮＯｘセンサ２０の検出信号を早期に使用することができるようになる。
このように、上記実施例では、凝縮水に溶け込んだアンモニアのＮＯｘセンサ２０への影響がなくなるまではＮＯｘセンサ２０の検出信号の利用が禁止されるので、凝縮水からのアンモニアを三元触媒１５から流出するアンモニアないしＮＯｘと誤検知することによる種々の問題を回避することができる。
そして、三元触媒１５においてアンモニアが生成されることのない条件下でのアンモニア量に基づいて凝縮水からのアンモニアが消失したかどうかを判定するので、正確な判定を行うことができ、ＮＯｘセンサ２０の検出信号を早期に利用開始することができる。
なお、上記の初期アンモニア判定は、トリップの最初にのみ行ってもよく、あるいは、ハイブリッド車両等では凝縮水が残存している可能性がある再始動時に再度行うようにしてもよい。例えば、シリーズハイブリッド車両における発電用内燃機関において、内燃機関の運転停止中に排気系の温度が低下するような場合には、内燃機関の運転開始のたびに初期アンモニア判定を行うことが望ましい。
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路における排気浄化触媒の下流側に、排気中のＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度に感度を有するＮＯｘセンサを備え、このＮＯｘセンサの検出信号を排気浄化制御に用いる内燃機関の排気浄化方法において、
内燃機関の始動後、上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件であるか否かを判定し、
上記ＮＯｘセンサによる検出量を所定の閾値と比較し、
アンモニアが生成されない条件であり、かつ上記検出量が上記閾値未満であれば、上記ＮＯｘセンサの検出信号を上記排気浄化制御に使用することを許可する、
内燃機関の排気浄化方法。 - 上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件として、内燃機関のフューエルカット状態であるか否かを判定する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。 - 上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件として、上記排気浄化触媒の酸素ストレージ量が所定値以上であるか否かを判定する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。 - 上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件として、上記排気浄化触媒が活性状態にあるか否かを判定する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。 - アンモニアが生成されない条件であり、かつ上記検出量が上記閾値以上であるときは、内燃機関の高負荷運転を行う、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。 - 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、この排気浄化触媒の下流側に設けられた排気中のＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度に感度を有するＮＯｘセンサと、このＮＯｘセンサの検出信号を入力の１つとして排気浄化制御を行うコントローラと、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
上記コントローラは、
内燃機関の始動後、上記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されない条件であるか否かを判定し、
上記ＮＯｘセンサによる検出量を所定の閾値と比較し、
アンモニアが生成されない条件であり、かつ上記検出量が上記閾値未満であれば、上記ＮＯｘセンサの検出信号を上記排気浄化制御に使用することを許可する、
内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/037529 WO2024075264A1 (ja) | 2022-10-07 | 2022-10-07 | 内燃機関の排気浄化方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/037529 WO2024075264A1 (ja) | 2022-10-07 | 2022-10-07 | 内燃機関の排気浄化方法および装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024075264A1 true WO2024075264A1 (ja) | 2024-04-11 |
Family
ID=90607971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/037529 WO2024075264A1 (ja) | 2022-10-07 | 2022-10-07 | 内燃機関の排気浄化方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Citations (3)
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| JP2010127268A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Bosch Corp | 凝縮水検出装置及び凝縮水検出方法並びに排気浄化装置 |
| JP2020041444A (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | 日本碍子株式会社 | 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム |
| JP2020045885A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 日本碍子株式会社 | 触媒劣化診断システムおよび触媒劣化診断方法 |
-
2022
- 2022-10-07 WO PCT/JP2022/037529 patent/WO2024075264A1/ja unknown
Patent Citations (3)
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