JPH03253744A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH03253744A
JPH03253744A JP2051741A JP5174190A JPH03253744A JP H03253744 A JPH03253744 A JP H03253744A JP 2051741 A JP2051741 A JP 2051741A JP 5174190 A JP5174190 A JP 5174190A JP H03253744 A JPH03253744 A JP H03253744A
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中條 芳樹
Tokuta Inoue
井上 悳太
Kiyoshi Obata
小端 喜代志
Soichi Matsushita
宗一 松下
Shinichi Takeshima
伸一 竹島
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、排気系にいわゆるリーンNOx触媒を備えた
内燃機関の排気浄化装置に関する。
[従来の技術] 最近、燃費向上のために、希薄域の空燃比で燃焼させる
リーンバーン(希薄燃焼)内燃機関の開発が進められ、
一部は実用化されている。’1f=N空燃比領域におい
ては従来の触媒ではNOxを浄化できないので、NOx
低減がリーンバーン内燃機関の課題になっており、希薄
空燃比でもNO,xを還元できる触媒が注目されている
希薄空燃比でもNOxを還元する触媒として、特開平1
−1307358公報、特願昭63−95026@は、
遷移金属を担持せしめたゼオライ1へからなり、酸化雰
囲気中、1−IC存在下でNOxを還元する触媒(リー
ンNOx触媒に含まれる)を教示している。
[発明が解決しようとする課題] しかし、内燃機関の排気系にリーンNOx触媒を装着し
ても、機関の運転状態によっては、たとえばアイドルか
らの加速時のような所定1直以上の加速状態にある軽、
中負荷領域では、リーンN。
×触媒のNOx浄化率が低下するという問題がある。
本発明は、内燃機関の運転状態によっては生じるリーン
NOx触媒のNOx浄化率の低下を、EGRガスを利用
して抑制し、リーンNOx触媒のNOx浄化率を常に高
く維持することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を遠戚する、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置は、第1図に示す如く、 内燃機関2の排気系4に設けられた、遷移金属或いは貴
金属を担持せしめたゼオライ1〜からなり酸化雰囲気中
HC存在下でNOxを還元するりンNOx触媒6と、 内燃機関の排気系4と吸気系8との間に設(ブられた、
FGR弁10を具備する排気ガス再循環装置12と、 内燃機関2の運転状態を検出する運転状態検出手段14
と、 運転状態検出手段14の出力に基づいて内燃機関2が所
定加速値以上の加速状態にあるか否かを判定する加速状
態判定手段16と、 加速状態判定手段16が所定加速値以上の加速状態と判
定したときに目標空燃比を理論空燃比よりリーン側域内
の比較的リッチ域に設定する空燃比設定手段18と、 加速状態判定手段16が所定加速値以上の加速状態と判
定したときにEGR弁10を開にしてEGRガスを吸気
系8に導入するEGRオン手段20と、を具備している
[作 用] リーンNOx触媒6によるNOx還元メカニズムは、第
9図に示す如く、排気ガス中のHCの一部分の部分酸化
により1戊される活性種とNOxとの反応であると推定
される。したがって、第7図に示す如く、目C量が多い
程、活性種最も多くなってNOx浄化率が向上する。
排気ガス中の目C量は、機関運転状態によって、たとえ
ば空燃比によって変化し、また、EGRのON、OFF
によっても変化する。たとえば、第8図に示すように、
FGRがONのときは、排気ガスの一部が吸気系に導入
されるので、吸気中の新気成分が減り、したがって酸素
量が減り、燃焼室での完全燃焼がそこなわれて排気ガス
中の口Cが増える。
アイドルからの加速時のように所定加速値以上の加速状
態にあるときは、加速状態判定手段16が機関運転状態
を加速状態と判定し、空燃比設定手段18は空燃比を理
論空燃比よりリーン側域内の比較的リッチ域、たとえば
、空燃比16〜19に設定する。この瞬域では、HC!
が少ないため、NOx浄化率が低下しようとする。しか
し、EGRオン手段20がFGRをONとして、口Cを
故意に増やし、NOx浄化率を高める。したがって、リ
ーンNOx触媒6のNOx浄化率の低下は生じない。
このJ:うにして、排気ガス中の日CIH度は、常に高
く保たれ、リーンNOx触媒6のNOx浄化率が高目に
維持される。
[実施例] 第2図は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施
例を示す全体概略図である。第2図において、内燃機関
2の吸気通路8には圧力センサ26が設()られている
。圧力センサ26は吸入空気圧を直接計測する半導体式
のものであって、吸入空気圧に比例したアナログ電圧の
出力信号を発生ずる、。
圧力センサ26は第1図で述べた運転状態検出手段14
に含まれる。この出力信号は制御回路40のマルヂプレ
クザ内蔵AD変換器101に提供されている。
図示しないディストリビュータには、その軸かたとえば
クランク角に換算して720°毎に基準位置検出用パル
ス信号を発生ずるクランク角センサ36およびクランク
角に換算して30°毎に基準位置検出用パルス信号を発
生するクランク角センサ38が設【プられている。これ
らクランク角センサ36.38のパルス信号は制御回路
40の人出力インターフェイス102に供給され、この
うちクランク角センサ36.38の出力はcpu <セ
ン1〜ラルプロセツサユニツト〉103の割込み端子に
供給される。
ざらに、吸気通路8には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁22が設
けられている。
また、内燃機関2のシリーンダブ[JツクのつA−タジ
ャケツ1〜(図示せず〉には、冷却水の温度を検出する
ための水温センサ34が設(プられでいる。
水温センサ34は冷10水の温度1口Wに応じたアナロ
グ電圧の電気信号を発生する。この出力もA/D変換器
101に供給されている。
]三GR弁10のアクチュエータは、制御回路40の人
出力インターフエイス102からの出力により制御され
るステップモータを内蔵している。
内燃機関2の排気系4には、リーンNOx触媒6の下流
に、1−1c、Coを高率に浄化する酸化触媒24が設
けられている。なお、酸化触媒24の代りに三元触媒を
用いてもよい。
また、32はリーンNOx触媒6内の排気ガス温度を検
出するための排気ガス温度センサであって、その出力は
制御回路40のA /’ D変換器101に供給されて
いる。
制御回路40は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、A/D変換器101、入出力インターフェイ
ス102 、CPU103の外に、ROM(リードオン
メモリ> 104 、RAM (ランダムアクセスメモ
リ) 105 、バックアップRA M 106、クロ
ック発生回路107等が設けられている。
また、制御回路40において、ダウンカウンタ108、
フリップフロップ109、および駆動回路110は燃料
噴射弁22を制御するためのものである。すなわち、後
述のルーチンにおいて、燃料置割@TAUが演算される
と、燃料置割@T A Uがダウンカウンタ108にプ
リセットされると共にフリップフロップ109もセット
される。この結果、駆動回路110が燃料噴射弁22の
付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ108がタロツ
ク信号(図示せず)を針幹して最後にそのボローアウト
端子が(t 1 TTレベルとなったときに、フリップ
フロップ109がセン1〜されて駆動回路110は燃料
噴射弁22の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射
量TAUだけ燃料噴射弁22は付勢され、従って、燃料
噴剣量T Aりに応じた量の燃料が内燃機関2の燃焼室
に送り込まれることになる。
なあ、CP U 103の割込み発生は、A/D変換器
101のA/′D変換終了後、人出力インターフエイス
102がクランク角センサ38のパルス信号を受信した
時、クロック発生回路107からの割込信号を受信した
時、等である。
圧力センサ26の吸入空気圧データPM、冷却水温デー
タ丁目W、及び排気ガス温度1−[×は所定時間もしく
は所定クランク角毎に実行されるA/’D変換ルーチン
によって取込まれ、RAM105にお【ブるデータPM
、T口W、及びTEXは所定時間毎に更新されている。
また、回転速度データNEはクランク角センサ38の3
0°CAMの割込みによって演算されてRA M 10
5の所定鎖酸に格納される。
第3図、第4図、第6図を参照して第2図の制御回路の
動作を説明する。
第3図はFGR制御ルーチンであって、所定時間毎に実
行される。すなわち、ステップ301では、RAM10
5よりCPす103に吸気管圧力PMを読出し、ステッ
プ302で、今回演算の吸気管圧力PMの前回演算の吸
気管圧力PM1からの増分△PMを演篩する。ステップ
303で、今回演算の吸気管圧力PMを次回演算用にP
Mlとして記憶しておき、ステップ304に進む。ステ
ップ304では、ΔPMが所定の△PMOより大か否か
を判定することにより、機関が加速状態にあるか否かを
判定する。したがって、ステップ304は第1図で述べ
た加速状態判定手段16を構成する。加速状態、ずなわ
ち、△PM>△PMOの時は、ステップ305に進んで
FGRをON (EGR弁1弁済0N)とし、ステップ
30BてFGRフラグXFGRを1とおいてリターンす
る。ここで、ステップ305は第1図で述べたFGRオ
ン手段20を構成する。ステッゾ0 304で加速状態でないと判定された時、ずなわち、△
PM>△PMOでない時は、ステップ307に進んでE
GRをOFF (EGR弁10をOFF> とし、ステ
ップ308でEGRフラグXEGRをOとおいてリター
ンする。
第3図のルーチンでステップ30Bとリターンとの間に
、第4図のルーチンを挿入してもよい。第4図は、リー
ンNOx触媒6のNOx浄化性能を最大限に動かせ、か
つドライバビリデイをそこなわないように、EGR晶を
FGRセンセン0とA/’「センサ28に基づいて演算
し、その演算によって求めた現在のEGR率が、目標E
GR率に精密に制御されるようにするためのEGRの制
御フローチャー1〜である。
EGRセンセン0とAl1[センサ28は、たとえば酸
素濃度センサであり、ステップ401で、RAM105
から読込む。ステップ402で目標EGR率を演算する
。たとえば、第5図に示ずJ:うに、排気温度TEXに
応じた目標EGR率をマツプから求める。ステップ40
3では現在のEGR率を演算す1す る。これは次のようにして求める。
EGR率ε−Go Ga +Ge        (1) 1旦し、Ga:吸気新気量 Ge:吸入EGR量 吸気管内では、気体の状態方程式から次の(2)、(3
)式が成り立っている。
(2) 、(3)式を(1)式に代入すると、o2 2 Me ’=Ma =28、Q2=23wt%とすると、
(4)式は次の(5)式になる。
、 =6.22−32 ・C02 2B、8 (0,230”r ) (5) 旧し、Co2=Po2 HI Co2は吸気管内0218度となり、ヒGRセンサ30
て検出され、08;は排気A /’ Fセンサ28で検
出される。したがって、EGR率εは(5)式から演算
できる。
続いて、ステップ404で、現在のFGR率が目標FG
R率より大か否かを判断し、大ならステップ405に進
んでEGR弁ステップ数を減じ、小ならステップ40B
に進んでEGR弁ステップ数を増大する。かくして、F
GR率は目標EGR率に近づけられる。
第6図は燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クラン
ク角毎たとえば360°CAfgに美行され3 る。ステップ601では、RAM105より吸入空気圧
データPM及び回転速度NEを読出してROM2O3に
格納された2次元マツプにより基本噴射量TPを補間計
算する。次に、ステップ602では、機関がリーン運転
条件か否かを、たとえば水温下目Wが所定値以上か否か
により、判別する。この結果、リーン運転条件であれば
ステップ603に進み、リーン運転条件でな(ブればス
テップ608に進み、リーン補正係数KLEANを1.
0として直接ステップ609に進む。なお、KLEAN
=1.0は理論空燃比相当値である。
ステップ603〜607について説明する。ステップ6
03では、FGRオンフラグXEGRにより[GRがO
Nか否かを判別する。この結果、EGR弁作動中であれ
ば(XFGR−11+1)、ステップ604にて係数K
LEANPMを演算し、EGR作動停止中であれば(X
EGR−”O” ) 、ステップ605にて係数KLE
ANPMを演算する。
ステップ604では、吸入空気圧PMにもとづきROM
104に格納されたステップ604内図示の14 次元マツプにより係数KLEANPMを補間訓緯する。
ステップ604.605内の図示曲線を比較して分るよ
うに、KLEANPMの値は、EGR作動中(ステップ
604)の方がEGR作動停止中(ステップ605)よ
り大きくされている。すなわち、E G R作動中にあ
っては、ややリッチめとされる。
ステップ60Gでは、RA M 105より回転速度デ
ータNE@読出してROM104に格納されたステップ
606内図示の1次元マツプにより係数KLEANNE
を補間削緯する。
ステップ609では、上述の2つの係数KI FANP
M、KLEANNEよりリーン化補正係数K「[八Nを
、 K L、 E A N←KLE八NPMへKI EAN
NEにより演算する。上記において、ステップ604.
606.607 トクニステッ7606 ハFGRがo
Nのとぎに空燃比へ/Fを16〜19に設定する手段で
あり、第1図で述べた空燃比設定手段18に対応する。
ステップ609では、最終燃料噴射量丁へUを、5 丁AU<−TP−KLEAN−cx+8によV)演8す
る。なお、α、βは他の運転状態パラメータによって定
まる補正量である。次いで、ステップ610にて、置割
量TAUを夕゛ウンカウンタ108にセットすると共に
フリップフロップ109をセラ1〜して燃料置割を開始
させる。
なお、上述のごとく、噴剣量TAUに相当する時間が経
過すると、ダウンカウンタ108のボローアウト信号に
よってフリップフロップ109がリセットされて燃料噴
射は終了する。
つき゛に作用を説明する。
定常走行や緩加速時のような軽負荷状態では、空燃比A
 、′Fを20〜24にして運転され、かつEGR弁1
0はOFFてEGRガスは吸気系8に導入されない。こ
の状態は、口Cか多く、リーンNOx触媒6は十分に働
らいているので、EGRガスの導入がなくても問題ない
アイドルからのlJO速時のように、所定値以上の加速
状態にある軽、中負荷状態では、1〜ルクが必要なため
、空燃比へ/′「を16〜19にして運転され、6 かつEGR弁10はONでEGRガスが吸気系8に導入
される。この状態では、EGRガスの導入がなければ口
Cが少ないため、リーンNOx触媒6は十分には働かな
い。しかし、FGRがONとされるので、吸気のうち新
気の占める割合が減少して酸素不足状態になり、燃焼室
での燃焼が若干犠牲とされて未燃分が増え、その結果排
気ガス中のHCカjm エT、リ−ンN OX触16(
7)NOx e化率が高く維持される。
上記以上の高負荷域では、理論空燃比適合とし、リーン
NOx触媒6の下流の酸化または三元触媒24にて浄化
する。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、内燃機関が所定値
以上の加速運転状態にある場合には、[GR導入と共に
空燃比をややリッチ側にすることにより、NOxの還元
に有効な1−ICを増大でき、この結果、NOxエミツ
ションを常に低減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成を示すブロック図、7 第2図は本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統図、 第3図は本発明で用いられるE G R制御ルーチンの
制御フロー図、 第4図は第3図の制御フローの途中に挿入され得る制御
フロー図、 第5図は第4図のフローの目IEGR率を求めるのに用
いるマツプ図、 第6図は本発明で用いられる燃料噴射量演算ルチンの制
御フロー図、 第7図はHC供給量−NOx浄化率特性図、第8図はE
GR最−1−IC供給量特性図、第9図はリーンNOx
触媒のNOx還元メカズムを示すブロック図、 である。 2・・・・・・内燃機関 4・・・・・・排気系 6・・・・・・リーンNOx触媒 8・・・・・・吸気系 10・・・・・・FGR弁 8 12・・・・・・排気ガス再循環装置 14・・・・・・運転状態検出手段 16・・・・・・加速状態判定手段 18・・・・・・空燃比設定手段 20・・・・・・FGRオン手段 22・・・・・・燃料噴射弁 24・・・・・・酸化触媒または三元触媒26・・・・
・・吸気管圧力センサ 28・・・・・・空燃比センサ(A /′Fセンサ〉3
0・・・・・・FGRセンサ 40・・・・・・制御回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、内燃機関の排気系に設けられた、遷移金属或いは貴
    金属を担持せしめたゼオライトからなり酸化雰囲気中H
    C存在下でNOxを還元するリーンNOx触媒と、 内燃機関の排気系と吸気系との間に設けられた、EGR
    弁を具備する排気ガス再循環装置と、内燃機関の運転状
    態を検出する運転状態検出手段と、 運転状態検出手段の出力に基づいて内燃機関が所定加速
    値以上の加速状態にあるか否かを判定する加速状態判定
    手段と、 加速状態判定手段が所定加速値以上の加速状態と判定し
    たときに目標空燃比を理論空燃比よりリーン側域内の比
    較的リッチ域に設定する空燃比設定手段と、 加速状態判定手段が所定加速値以上の加速状態と判定し
    たときにEGR弁を開にしてEGRガスを吸気系に導入
    するEGRオン手段と、 を具備したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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