JPH0450441A - 内燃エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

内燃エンジンの排気浄化装置

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JPH0450441A
JPH0450441A JP2160649A JP16064990A JPH0450441A JP H0450441 A JPH0450441 A JP H0450441A JP 2160649 A JP2160649 A JP 2160649A JP 16064990 A JP16064990 A JP 16064990A JP H0450441 A JPH0450441 A JP H0450441A
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exhaust gas
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豊明 福井
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平子 廉
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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) この発明は、内燃エンジンの定常運転時あるいは低負荷
運転時には、理論空燃比より燃料希薄側の空燃比で運転
し、高負荷運転時や加速運転時には、理論空燃比近傍の
空燃比で運転する、いわゆる「リーンバーン」エンジン
に適用して好適な、内燃エンジンの排気浄化装置に関す
る。
(従来の技術) 内燃エンジンの燃費を向上させるために、低負荷運転時
や定常運転時にはエンジンに供給される混合気の空燃比
を理論空燃比より燃料希薄(リーン)側の所定値に制御
する空燃比制御方法が知られている。この空燃比制御方
法では、高負荷運転時や加速運転時には空燃比を理論空
燃比近傍に制御するようにしている。このような空燃比
制御方法が採用される内燃エンジンの、排気ガス中の有
害成分である、窒素酸化物、−酸化炭素、未燃炭化水素
等を除去するためには、空燃比を理論空燃比より燃料希
薄側に制御する運転時(リーン空燃比運転時)には、リ
ーン空燃比運転でも窒素酸化物の浄化が可能な、例えば
ゼオライト系の触媒装置(リーンNOx触媒装置)によ
り窒素酸化物の浄化を行い、空燃比を理論空燃比近傍に
制御する運転時(ストイキオ空燃比運転時)には、上述
のリーンNOx触媒装置の下流に配設した、例えば三元
触媒装置により窒素酸化物を始め、−酸化炭素や未燃炭
化水素の浄化を行っている。そして、リーンNOx触媒
装置の上流のエンジンの排気通路に配設した、例えばリ
ニア空燃比センサにより排気中の酸素濃度を検出し、リ
ニア空燃比センサの出力情報に基づきリーン空燃比運転
およびストイキオ空燃比運転時の各空燃比を所定の空燃
比にそれぞれ制御するようにしている。
(発明が解決しようとする課M) 上述のようなリーンNOx触媒装置と三元触媒装置とを
有し、リーン空燃比運転およびストイキオ空燃比運転時
の各運転状態を維持している間の排気ガス性能には特に
問題がないが、リーン空燃比運転とストイキオ空燃比運
転間の切り替わり時に、−時的に窒素酸化物の排出量が
増加するという問題がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、燃費特性がよい、いわゆる「リーンバーン」エ
ンジンに適用され、排気ガス特性の向上を図った内燃エ
ンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上述の目的を達成するために本発明に依れば、内燃エン
ジンの排気通路に、理論空燃比より燃料希薄側の空燃比
で運転した場合の窒素酸化物を含む有害成分の除去に好
適な第1の触媒装置と、その下流に、理論空燃比近傍の
空燃比で運転した場合の窒素酸化物を含む有害成分の除
去に好適な第2の触媒装置とを備え、内燃エンジンの運
転状態に応じ、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検
出手段の出力情報に基づいて空燃比を制御する内燃エン
ジンの排気浄化装置において、少なくとも前記酸素濃度
検出手段を、前記第1の触媒装置と第2の触媒装置との
間の排気通路に配設したことを特徴とする内燃エンジン
の排気浄化装置が提供される。
好ましい別の態様としては、前記酸素濃度検出手段を前
記第1の触媒装置の上流の排気通路に配設すると共に、
前記第1の触媒装置と第2の触媒装置との間の排気通路
に第2の酸素濃度検出手段を配設し、前記最初の酸素濃
度検出手段の出力情報を第2の酸素濃度検出手段の出力
情報で補正し、該補正した出力情報に基づいて空燃比を
制御することもできる。
(作用) 本発明は、発明者等による次のような知見に基づいて得
られたものである。
リーン空燃比運転時には、排気中の余剰酸素が第1の触
媒装置の触媒に吸着され、この吸着されていた酸素が、
リーン空燃比運転からストイキオ空燃比運転への移行時
に徐々に放出されるため、本来、空燃比が理論空燃比近
傍に制御されている場合に浄化効率が高い第2の触媒装
置がリーン雰囲気に晒されることになり、窒素酸化物の
浄化効率が著しく低下し、この状態が、第1の触媒装置
の触媒から酸素の放出が終了するまで(平衡状態に達す
るまで)持続されることになる。
そこで、発明者等は、第1の触媒装置からの放出酸素を
含めて第2の触媒装置に流入する酸素濃度を検出しなけ
れば、第2の触媒装置での高い浄化効率が得られないと
の知見から、少なくとも酸索漠度検出手段を、第1の触
媒装置と第2の触媒装置との間の排気通路に配設し、こ
の酸素濃度検出手段の出力情報に基づいて、すなわち、
第1の触媒装置から放出される酸素を含む酸素濃度情報
に基づき、空燃比を、高い浄化効率が得られる所要の空
燃比に制御される。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
第1図は、本発明による排気浄化装置の第1の実施例を
示し、同図中符号10は内燃エンジンであり、特に限定
されないが例えば4気筒ガソリンエンジンを示す。この
エンジン10の排気側には排気マニホルド11を介して
排気パイプ12が接続されている。この排気パイプ12
には、上流側からリーンNOx触媒装置14および三元
触媒装置16がこの順に配設されている。
リーンNOx触媒装置14は、エンジン10に供給され
る混合気の空燃比が理論空燃比より燃料リーン側の所定
値に制御される運転時に、窒素酸化物の浄化を効率よく
行うものであり、例えば、特願平1−139145に開
示されるようなセオライト系の触媒装置が好適に使用さ
れる。このリーンNOx触媒装置14による窒素酸化物
の浄化は、主として排気中の未燃炭化水素(HC)との
還元反応によるものであるから、排気中に未燃炭化水素
の存在が必要であり、リーンNOx触媒装置J4は三元
触媒装置16の上流に配設される必要がある。
三元触媒装置16は、空燃比が理論空燃比近傍に制御さ
れる運転時に、最大の浄化効率で窒素酸化物、−酸化炭
素、未燃炭化水素等を同時に浄化するものであり、例え
ば、アルミナに白金、パラジウム等の貴金属を担持した
周知の触媒装置が使用される。
リーンNOx触媒装置14と三元触媒装置16間の排気
パイプ12には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検
出手段22が配設されている。この酸素濃度検出手段2
2としては、通常の酸素センサでもよいが、供給する電
流値の変化から空燃比を検出する、いわゆるリニア空燃
比センサであってもよい。この酸素濃度検出手段22は
、排気中の酸素濃度を広い範囲に亘って検出できる必要
があり、少なくとも理論空燃比近傍での酸素濃度および
例えば空燃比23近傍での酸素濃度の検出ができなけれ
ばならない。酸素濃度検出手段22は電子制御装置20
に電気的に接続され、検出した酸素濃度に応じた出力信
号を電子制御装置20に供給する。
電子制御装置20は、上述の酸素濃度検出手段22から
の出力情報の他、エンジン回転数センサ、負荷センサ、
水温センサ等の、図示しない各種センサからの運転情報
に応じ、これも図示しない燃料噴射弁を介してエンジン
10に所要量の燃料を噴射供給させるものである。
次に、排気浄化装置の作用を説明する。
電子制御装置20は、上述の各種センサによりエンジン
10が低負荷運転状態あるいは定常運転状態にあると判
別すると、酸素濃度検出手段22の出力情報に基づいて
エンジンlOに供給さレル混合気の空燃比が理論空燃比
よりリーン側にある所定空燃比(例えば、空燃比23)
にフィードバック制御する(リーン空燃比運転)。この
ような空燃比でエンジン10をリーン空燃比運転すると
、燃費の向上が図られる。また、このようなリーン空燃
比運転時における排気ガスの浄化は、主としてリーンN
Ox触媒装置14が受は持ち、窒素酸化物の浄化が行わ
れる。
次に、電子制御装置20は、エンジンIOの運転状態の
変化を検出して、エンジンIOが高負荷運転状態あるい
は加速運転状態に移行したと判別すると、空燃比が理論
空燃比近傍に保持されるようにフィードバック制御を行
う(ストイキオ空燃比運転)。理論空燃比は三元触媒装
置16において最大の浄化効率が得られる空燃比である
。このとき、リーンNOx触媒装置14の下流、かつ、
三元触媒装置16の上流に酸素濃度検出手段22が配設
されているので、リーン空燃比運転からストイキオ空燃
比運転に切り替えられた直後に、リーンNOx触媒装置
16から放出される酸素も、この酸素濃度検出手段22
により検出されることになり、三元触媒装置16に流入
する排気ガスの空燃比を正しく理論空燃比に制御するこ
とができることになる。
なお、酸素濃度検出手段22は理論的には三元触媒装置
16の下流に配設しても差し支えないが、応答性の点で
はリーンNOx触媒装置14と三元触媒装置16間に配
設することが好ましい。
上述の実施例では、酸素濃度検出手段22が一本で済む
という利点があるが、酸素濃度検出手段22がエンジン
12の排気ポートから離れた位置に配設されることにな
り、コールドスタート時に酸素濃度検出手段22の活性
化が遅れる問題や制御の応答性に問題が生じる場合が考
えられる。
このような問題を回避するには、第2図に示すような第
2の実施例の構成にするのがよい。すなわち、第1の酸
素濃度検出手段24を排気マニホルド11の集合管に配
設し、第2の酸素濃度検出手段26をリーンNOx触媒
装置14と三元触媒装置16間に配設するのである。第
1の酸素濃度検出手段24としては、酸素センサであっ
てもよいしりニア空燃比センサであってもよい。一方、
第2の酸素濃度検出手段26としては、いわゆるλセン
サと呼ばれる酸素センサでよい。
このような第2の実施例では、リーン空燃比運転からス
トイキオ空燃比運転に切り替えられた直後における、リ
ーンNOx触媒装置14に吸着されていた酸素の放出量
を第2の酸素濃度検出手段26により検出することがで
きるので、第1の酸素濃度検出手段24の出力情報を第
2の酸素濃度検出手段26の出力情報により修正するこ
とにより、三元触媒装置16に流入する空燃比が正確に
検出することができることになる。
なお、上述の第1および第2の実施例における電子制御
装置20による空燃比制御の方法には公知の種々の方法
が適用でき、特に限定されないことは勿論のことである
から、その説明は省略する。
(発明の効果) 以上詳述したように本発明の内燃エンジンの排気浄化装
置に依れば、内燃エンジンの排気通路に、理論空燃比よ
り燃料希薄側の空燃比で運転した場合の窒素酸化物を含
む有害成分の除去に好適な第1の触媒装置を配設すると
共に、その下流に、理論空燃比近傍の空燃比で運転した
場合の窒素酸化物を含む有害成分の除去に好適な第2の
触媒装置を配設し、第1の触媒装置と第2の触媒装置と
の間の排気通路に酸素濃度検出手段を配設し、内燃エン
ジンの運転状態に応じ、酸素濃度検出手段の出力情報に
基づいて空燃比を制御するようにしたので、リーン空燃
比運転からストイキオ空燃比運転に切り替えられた直後
における第2の触媒装置に流入する排気中の酸素濃度を
正確に検出することができ、排気ガス特性の向上を図る
ことができる。
また、好ましい別の態様としては、酸素濃度検出手段を
第1の触媒装置の上流の排気通路に配設すると共に、第
1の触媒装置と第2の触媒装置との間の排気通路に第2
の酸素濃度検出手段を配設し、最初の酸素濃度検出手段
の出力情報を第2の酸素濃度検出手段の出力情報で補正
し、該補正した出力情報に基づいて空燃比を制御するよ
うにすれば、上述の排気特性の向上が図れる他に、制御
の応答性の向上も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃エンジンの排気浄化装置の第
1の実施例の概略構成を示すブロック図、第2図は、本
発明の第2の実施例を示す、排気浄化装置の概略構成を
示すブロック図である。 IO・・・内燃エンジン、11・・・排気マニホールド
、12・・・排気パイプ、14・・・リーンNOx触媒
装置、16・・・三元触媒装置、20・・・電子制御装
置(ECU) 、22.24.26・・・酸素濃度検出
手段。 出願人  三菱自動車工業株式会社 代理人  弁理士  長 門 侃 二

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 内燃エンジンの排気通路に、理論空燃比より燃
    料希薄側の空燃比で運転した場合の窒素酸化物を含む有
    害成分の除去に好適な第1の触媒装置と、その下流に、
    理論空燃比近傍の空燃比で運転した場合の窒素酸化物を
    含む有害成分の除去に好適な第2の触媒装置とを備え、
    内燃エンジンの運転状態に応じ、排気中の酸素濃度を検
    出する酸素濃度検出手段の出力情報に基づいて空燃比を
    制御する内燃エンジンの排気浄化装置において、少なく
    とも前記酸素濃度検出手段を、前記第1の触媒装置と第
    2の触媒装置との間の排気通路に配設したことを特徴と
    する内燃エンジンの排気浄化装置。
  2. (2) 内燃エンジンの排気通路に、理論空燃比より燃
    料希薄側の空燃比で運転した場合の窒素酸化物を含む有
    害成分の除去に好適な第1の触媒装置と、その下流に、
    理論空燃比近傍の空燃比で運転した場合の窒素酸化物を
    含む有害成分の除去に好適な第2の触媒装置とを備え、
    内燃エンジンの運転状態に応じ、排気中の酸素濃度を検
    出する酸素濃度検出手段の出力情報に基づいて空燃比を
    制御する内燃エンジンの排気浄化装置において、前記酸
    素濃度検出手段を前記第1の触媒装置の上流の排気通路
    に配設すると共に、前記第1の触媒装置と第2の触媒装
    置との間の排気通路に第2の酸素濃度検出手段を配設し
    、前記最初の酸素濃度検出手段の出力情報を第2の酸素
    濃度検出手段の出力情報で補正し、該補正した出力情報
    に基づいて空燃比を制御することを特徴とする内燃エン
    ジンの排気浄化装置。
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