JPH06229234A - 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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JPH06229234A
JPH06229234A JP5018458A JP1845893A JPH06229234A JP H06229234 A JPH06229234 A JP H06229234A JP 5018458 A JP5018458 A JP 5018458A JP 1845893 A JP1845893 A JP 1845893A JP H06229234 A JPH06229234 A JP H06229234A
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catalyst
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Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関のＨＣ排出量を低減する。 【構成】ＨＣ吸着触媒に吸着されると推定されるＨＣの
総量に対応して排気中の水分が露点する標準露点時間Ｔ
stを演算し (ステップ１〜５) 、実露点時間Ｔr と比較
して吸着触媒の劣化進行度を検出する。該劣化進行度に
応じて吸着触媒の目標昇温速度を求め、脱離の終了が判
定されるまで実昇温速度と比較しつつ、吸着触媒に導入
される排気流量を制御弁の開度制御によって制御する
(Ｓ６〜Ｓ13) 。これにより、吸着触媒のＨＣ脱離時に
おける排気による昇温速度が適切に制御され、以てＨＣ
排出量を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、特に排気中のＨＣを一時的に吸着する吸着触
媒を備えた装置において吸着触媒の劣化進行度に応じて
ＨＣの脱離速度を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両用の内燃機関においては排気浄化の
ため、排気通路中に排気中のＨＣ (未燃ガス) ，ＣＯを
Ｈ2 Ｏ，ＣＯ2 に酸化する一方、ＮＯX をＮ2 に還元し
て浄化する三元浄化触媒と称される排気浄化用触媒が介
装されている。ところで前記排気中の有害成分の中、Ｈ
Ｃの排出量は特に排気温度に影響されやすい。即ち、貴
金属触媒を使用する場合でも、ＨＣの浄化には一般に３
００°Ｃ以上の触媒温度を必要とする。そのため、前記
三元触媒を備えただけの排気浄化装置では、機関の冷温
始動直後など排気温度の低い時には、ＨＣは前記触媒に
よって浄化されがたい。
【０００３】このため、車両用の排気浄化装置として、
特開昭６３−６８７１３号公報に示されるように、前記
排気浄化用触媒の上流側の排気通路にＨＣを吸着するた
めの吸着触媒を介装したものが提案されている。このも
のでは、吸着触媒が低温時にはＨＣを吸着し、高温にな
ると吸着されたＨＣを脱離する特性があることを利用
し、排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部に前記吸着
触媒を介装したバイパス通路を並列に接続して主通路と
バイパス通路との排気の分流比を制御弁によって制御す
る構成とし、排気浄化用触媒が活性化される前の低温時
に前記バイパス通路を開いて吸着触媒にＨＣを吸着して
おき、一旦バイパス通路を閉じた後、高温になって排気
浄化用触媒が活性化してから再度バイパス通路を開いて
吸着されたＨＣを脱離させて排気浄化用触媒で浄化する
ようになっている。吸着触媒としては、ゼオライトが吸
着性に優れていることから例えばモノリス担体にゼオラ
イトをコーティングしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
吸着触媒は排気熱に曝されること等により劣化が進むと
吸着能力が低下し、脱離される温度が低温側に移行して
くる。そのため、劣化していない新品時と同様に制御弁
の開度を制御してバイパス通路に排気を流入させると、
吸着触媒の温度上昇に伴い大量のＨＣが一気に脱離して
排気浄化触媒に流入してしまい、排気浄化触媒では処理
しきれず、ＨＣ排出量が増大することがあった。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、吸着触媒の劣化進行度に応じて吸着触
媒への排気の流入量を制御することによりＨＣの脱離速
度を適切に制御し、以て、ＨＣの排出量を常時良好に低
減できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため本発明は図１に
示すように、機関の排気通路に排気浄化用触媒を備える
と共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部を主
通路と該主通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温時
に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着触媒を介装
したバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパス通
路との排気の分流比を分流比制御手段によって制御しつ
つ排気浄化用触媒の活性化前の低温状態で吸着触媒に排
気中のＨＣを吸着し、排気浄化用触媒の活性化後の高温
状態で吸着触媒に吸着されたＨＣを脱離して排気浄化用
触媒により浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装
置において、前記吸着触媒の劣化進行度を判定する劣化
進行度判定手段と、該吸着触媒の劣化進行度に基づいて
吸着触媒の昇温速度を決定する昇温速度演算手段と、吸
着触媒の入口及び出口温度を検出する温度検出手段と、
該検出された吸着触媒の入口及び出口温度に基づいて前
記決定された吸着触媒の昇温速度を得るように前記分流
比制御手段を駆動する昇温速度制御手段と、を含んで構
成した。
【０００７】
【作用】吸着触媒の劣化が進行すると劣化進行度判定手
段によって該劣化進行度が判定され、昇温速度演算手段
は、該劣化進行度に基づいて吸着触媒の昇温速度を決定
する。ここで、吸着触媒の昇温速度は吸着触媒の劣化進
行度が大きいときは小さくなるように決定される。
【０００８】そして、温度検出手段により吸着触媒の入
口温度と出口温度とを検出しつつ、吸着触媒の昇温状態
を監視しながら、前記決定された昇温速度が得られるよ
うに昇温速度制御手段により分流比制御手段の駆動をフ
ィードバック制御する。その結果、劣化進行度が大きい
ときほど吸着触媒の昇温速度が小さく制御され、以て、
ＨＣの急激な脱離が抑制され、排気浄化触媒での浄化不
良が防止される。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。本発明の一実施例の構成を示す図２において、内燃
機関１の排気通路２及び排気マニホールド22には、排気
浄化用触媒 (三元触媒) ３，23が介装され、該排気浄化
用触媒23より下流側で排気マニホールド22より上流側の
排気通路２の一部が主通路４と、該主通路４と並列に接
続され吸着材５を介装したバイパス通路６とで構成され
ている。前記主通路４とバイパス通路６との上流側と下
流側の分岐点には、これら主通路４とバイパス通路６と
の開度比を連続的に連動制御して排気の分流比を制御す
る手段として例えば電磁式の制御弁７，８が介装されて
いる。尚、簡易的には上流側又は下流側の分岐点の一方
のみに制御弁を設けてもよい。
【００１０】また、機関１のウォータージャケットには
冷却水温度ＴW を検出する水温センサ９が設けられ、前
記吸着触媒５の入口側と出口側のバイパス通路６には夫
々入口温度ＴEin と出口温度ＴEoutとを検出する温度検
出手段としての入口温度センサ10, 出口温度センサ11が
装着され、更に、機関回転速度Ｎを検出する回転速度セ
ンサ12、バイパス通路６下流側の排気通路２に排気中酸
素濃度等から空燃比を検出する空燃比センサ13が設けら
れている。これらセンサ類からの各検出信号及び別途演
算された基本燃料噴射量ＴP が機関負荷の検出信号とし
てコントロールユニット14に出力され、コントロールユ
ニット14は、これら信号に基づいて前記制御弁７, ８の
開度を制御することにより排気中ＨＣの吸着触媒５によ
る吸着及び脱離制御を行う。
【００１１】前記コントロールユニット13による排気中
ＨＣの吸着及び脱離制御を図３に示したフローチャート
に従って説明する。ステップ (図ではＳと記す。以下同
様) １では、前記各センサ類で検出された吸着触媒５の
入口側の排気温度ＴEin ，出口側の排気温度ＴEout機関
回転速度Ｎ及び別ルーチンで演算された機関負荷として
の基本燃料噴射量ＴP を読み込む。
【００１２】ステップ２では、吸着触媒５にＨＣを吸着
する運転条件か否かを判定する。具体的には、水温ＴW
が所定値以下であって、排気浄化用触媒３が非活性状態
でＨＣの浄化性能が低く、かつ、吸着触媒５のＨＣ吸着
触媒能力は十分高い条件をＨＣの吸着条件とする。前記
ステップ２でＨＣの吸着条件と判定された場合は、ステ
ップ３へ進み、制御弁７，８をバイパス通路６側を全開
(この時主通路４側は全閉、以下バイパス通路６側を基
準とする) として吸着動作を開始する。
【００１３】このようにして吸着触媒５への吸着が遂行
されると同時に、ステップ４で該吸着期間中に検出され
た吸着触媒５の入口温度ＴEin ，機関回転速度Ｎ，基本
燃料噴射量ＴP の時間経過に応じた平均値が夫々求めら
れる。そして、ステップ２へ戻って、水温の上昇と共に
吸着触媒５温度が上昇してステップ２での吸着条件が満
たされなくなったと判定されるとステップ５へ進み、そ
の時点での前記入口温度ＴEin ，機関回転速度Ｎ，基本
燃料噴射量ＴP の各平均値に基づいて、予めＲＯＭに記
憶されたマップから標準露点時間Ｔstを検索する。ここ
で、標準露点時間Ｔstとは、吸着触媒５に吸着された排
気中の水分が排気熱により露点状態にある期間を指し、
水分の吸着量はＨＣの吸着量に比例的であるから吸着触
媒５に吸着期間中に吸着されたと推定されるＨＣの総量
に応じて設定されている。そして、該ＨＣの総量が前記
吸着期間中の入口温度ＴEin ，機関回転速度Ｎ，基本燃
料噴射量ＴP の各平均値によって推定されるため、これ
ら平均値に対応して標準露点時間Ｔstが設定されている
のである。
【００１４】次に、ステップ６へ進み、出口温度センサ
11で検出される吸着触媒５出口側の排気温度ＴEoutが排
気中水分の露点温度に略維持される実露点時間Ｔr を測
定する。そして、ステップ７へ進み、標準露点時間Ｔst
と実露点時間Ｔr とに基づいてＲＯＭに記憶されたマッ
プから吸着触媒５の劣化進行度を検索する。以上ステッ
プ１〜ステップ７の機能が劣化進行度検出手段に相当す
る。
【００１５】ステップ８では、前記吸着触媒５の劣化進
行度に基づいて吸着触媒５の目標昇温速度Ｖｔa を予め
求められＲＯＭに記憶されたマップから検索する。この
ステップ８の機能が昇温速度演算手段に相当する。ステ
ップ９では、吸着触媒５の出口温度ＴEout変化率つまり
吸着触媒５の実際の昇温速度Ｖｔr を演算する。
【００１６】そして、ステップ10で目標昇温速度Ｖｔa
と実際の昇温速度Ｖｔr とを比較し、Ｖｔr ＜Ｖｔa の
ときは制御弁７，８の開度を増大させ (ステップ11) 、
Ｖｔ r ＞Ｖｔa のときは制御弁７，８の開度を減少させ
(ステップ12) 、Ｖｔr ＝Ｖｔa のときは現状を維持す
る制御を行うことで、制御弁７，８の昇温速度を目標昇
温速度に一致させるようにフィードバック制御する。な
お、Ｖｔr のＶｔa からの偏差に応じて開度の増減量を
可変に制御することでより応答性のよい制御が行える。
以上ステップ９〜ステップ12の機能が昇温速度制御手段
に相当する。
【００１７】このようにして吸着触媒５の昇温速度を吸
着触媒５の劣化進行度に応じた目標昇温速度に制御する
ことで、劣化度が大きいほど昇温が徐々に行われて、Ｈ
Ｃの急激な脱離を抑制しつつ、適切な速度で脱離を遂行
することができ、ＨＣ排出量を規制することができる。
ステップ13では、ＨＣの脱離が完了したか否かを判定す
る。これは、例えば吸着触媒５の下流側の排気の空燃比
を空燃比センサ13により検出し、ＨＣ濃度が所定値以下
となること等によって判定することができる。そして、
脱離が完了したと判定されると、制御弁７, ８を全閉と
してバイパス通路６への排気の導入を停止し、排気の全
量を主通路５へ流通させる。
【００１８】次に、吸着触媒５の劣化進行度をより高精
度に行う実施例について説明する。図４は吸着触媒５へ
のＨＣ吸着総量の推定と、それに基づいて標準露点時間
を演算するルーチンを示す。ステップ21では、機関回転
速度Ｎ, 基本燃料噴射量ＴP 及び水温ＴW を読み込む。
【００１９】ステップ22では、吸着操作を行う温度域の
上限を例えば40°Ｃとした場合、水温ＴW をＨＣ吸着の
上限温度である40°Ｃと比較する。そして、ＴW ＝40°
Ｃと判定された場合はステップ23へ進み、該40°Ｃ用の
マップから機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量ＴP で定ま
る現在の運転領域 (ｘ) のＨＣ吸着予測係数ＫHCを求め
る。ここで、ＨＣ吸着予測係数ＫHCとは、当該運転領域
に単位時間留まった時に吸着触媒５に吸着すると予測さ
れるＨＣ量の基本燃料噴射量ＴP に対する比率に相当す
る値であって予め実験的に求められてマップの対応する
運転領域毎に記憶されている。また、かかるマップが前
記水温40°Ｃ用の他20°Ｃ用のものが用意されている。
【００２０】ステップ22で40°Ｃより低いと判定された
場合にはステップ24へ進み、水温Ｔ W が20°Ｃ以下か否
かを判別する。ステップ24で20°Ｃより高いと判定され
た場合はステップ25へ進み、前記20°Ｃ用と40°Ｃ用と
の２種類のマップから対応する運転領域のＨＣ吸着予測
係数Ｋ HCを夫々検索し、検出された水温ＴW に応じたＨ
Ｃ吸着予測係数ＫHCを前記２つの検索値を補間演算する
ことにより求める。
【００２１】また、前記ステップ24で水温ＴW が20°Ｃ
以下と判定された場合はステップ26へ進み、20°Ｃ用の
マップからＨＣ吸着予測係数ＫHCを検索する。次いでス
テップ27へ進み、ＨＣ吸着予測係数ＫHCの積算値ＳＵＭ
を運転領域毎にＲＡＭに書き換え自由に記憶しマップか
ら、対応する運転領域 (ｘ) の積算値ＳＵＭX を検索す
る。
【００２２】ステップ28では、ステップ27で求めたＨＣ
予測係数ＫHCの前回までの積算値ＳＵＭX に今回求めた
ＨＣ吸着予測係数ＫHCの値を加算することにより、積算
値ＳＵＭX を更新する。かかるＨＣ吸着動作を行ってい
る間に水温ＴW が上昇し、ステップ22で水温Ｔ W が40°
Ｃより高いと判定されるとステップ29へ進み、吸着動作
直後つまり吸着動作が前回行われていたか否かを判定す
る。
【００２３】そして、吸着直後と判定された場合はステ
ップ30へ進み、前記ＲＡＭのマップの全ての運転領域に
記憶されたＨＣ吸着予測係数ＫHCの積算値ＳＵＭX の総
和を算出する。この積算値ＳＵＭX の総和は、ＨＣの吸
着が開始されてから終了するまでに吸着されたＨＣの総
量に相当する。最後に、ステップ31に進み、ステップ30
で求められた総ＨＣ吸着量に対応する標準供給熱量Ｑst
と標準露点時間Ｔstとを予め実験的に求められＲＯＭに
記憶されたマップから検索する。ここで、標準供給熱量
Ｑstとは、総ＨＣ吸着量に対して吸着触媒５が劣化して
いない時に一定の負荷条件で吸着触媒５下流側の排気温
度がＨＣの露点温度にある期間中に排気から吸着触媒５
に供給されると予測される熱量であり、また、標準露点
時間Ｔstとは、前記露点温度にある期間の予測時間であ
る。
【００２４】次に、吸着触媒５に吸着されたＨＣを脱離
する時に排気から吸着触媒５に供給される熱量を演算す
るルーチンを図５に示したフローチャートに従って説明
する。ステップ41では、水温ＴW がＨＣの脱離を開始す
る温度に達しているか否かを判定する。
【００２５】脱離開始温度に達していると判定された場
合、つまり脱離が開始された場合はステップ42へ進み、
吸着触媒５下流の排気温度が排気中水分の露点温度以下
であるか否かを判定する。露点温度以下に保持されてい
ると判定された場合はステップ43へ進み、温度センサ10
で検出された吸着触媒５の入口側排気温度ＴEin 及び基
本燃料噴射量ＴPを読み込む。
【００２６】ステップ44では、前記入口側排気温度Ｔ
Ein と基本燃料噴射量ＴP とに基づいて毎回吸着触媒５
に供給される熱量を積算する。つまり、入口側排気温度
ＴEinは吸着触媒５に導入される排気の温度であり、基
本燃料噴射量ＴP は毎回毎に吸着触媒５に導入される排
気の量に相当する値であるため、これらの値の積によっ
て毎回供給される熱量が求められ、それらを積算するこ
とで脱離開始時から供給された熱量の総和が求められ
る。尚、このルーチンは機関回転に同期して行われる場
合に適用され、単位時間毎に実行される場合は基本燃料
噴射量ＴP の代わりにエアフローメータで検出される吸
入空気流量Ｑを用いればよい。
【００２７】そして、吸着触媒５への総供給熱量の増大
に伴い、吸着されたＨＣが過飽和状態となってステップ
42で吸着触媒５下流側の排気温度が露点温度を超えてい
ると判定されると、ステップ45へ進んで、それまでの総
供給熱量つまり露点期間中に吸着触媒５に供給された総
熱量を求める。具体的には、ステップ44で求められた最
新の値がそれに相当するからこの値を読み込めばよい。
【００２８】ステップ46では、前記ステップ45で求めた
総供給熱量と吸着触媒５の入口温度とに基づいて実露点
時間Ｔr を演算する。この実露点時間Ｔr は以下のよう
にして求められる。前記ステップ25で演算された総供給
熱量Ｑt を露点温度以下であるときの時間Ｔinで除算す
ることにより、実単位時間供給熱量Ｑtan を求める。一
方、図４のフローチャートで求められた標準供給熱量Ｑ
stを標準露点時間Ｔstで除算して標準単位時間供給熱量
Ｑsttan を求める。その場合、吸着触媒５からの放熱分
を考慮すると、供給熱量に単位時間当りの供給熱量を乗
じた値が露点期間中に実際にＨＣの加熱に寄与する値に
近い値であるため、実際に吸着されたＨＣの加熱に寄与
したと予測される熱量予測値はｋ・Ｑt ・Ｑtan として
求められ、一方、吸着触媒５が非劣化状態である時に吸
着されるＨＣの露点期間中に加熱に寄与される値として
の比較熱量値はｋ・Ｑst・Ｑsttan として求められる。
吸着触媒５の劣化進行度に対応して減少する実露点時間
Ｔr を前記標準露点時間Ｔ stに前記予測熱量値を比較熱
量値で除算した値( Ｑt ・Ｑtan)) ／ (Ｑst・
Ｑst tan ) を乗算して求める。
【００２９】ステップ47では、前記実露点時間Ｔr の標
準露点時間Ｔstに対する短縮時間ΔＴ (＝Ｔst−Ｔr )
を演算する。ステップ48では、前記短縮時間ΔＴに基づ
いて予め短縮時間ΔＴと劣化進行度との関係を求めて記
憶したＲＯＭのマップからの検索により劣化進行度を求
める。
【００３０】以下、判定された劣化進行度に応じて前記
図３のステップ８以降の劣化進行度に応じた吸着触媒５
の昇温速度制御を行う。また、熱量予測値を比較熱量値
で除算した値そのものも吸着触媒５の劣化進行度の指標
となるため、これによって劣化進行度を検出する方式と
してもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、吸着触媒の劣化進行度に応じて吸着触媒への排気の
分流比を制御して吸着触媒の昇温速度を制御することに
より、ＨＣの急激な脱離を防止でき、ＨＣ排出量を常時
低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成，機能を示すブロック図
【図２】本発明の一実施例のシステム構成を示す図
【図３】同上実施例の制御ルーチンを示すフローチャー
ト
【図４】別の実施例におけるＨＣの吸着総量及び標準露
点時間算出のルーチンを示すフローチャート
【図５】同じく実露点時間算出と劣化進行度を検出する
ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 排気通路 ３ 排気浄化用触媒 ４ 主通路 ５ 吸着触媒 ６ バイパス通路 ７，８ 制御弁 10 入口温度センサ 11 出口温度センサ 12 回転速度センサ 14 コントロールユニット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機関の排気通路に排気浄化用触媒を備える
    と共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部を主
    通路と該主通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温時
    に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着触媒を介装
    したバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパス通
    路との排気の分流比を分流比制御手段によって制御しつ
    つ排気浄化用触媒の活性化前の低温状態で吸着触媒に排
    気中のＨＣを吸着し、排気浄化用触媒の活性化後の高温
    状態で吸着触媒に吸着されたＨＣを脱離して排気浄化用
    触媒により浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装
    置において、前記吸着触媒の劣化進行度を判定する劣化
    進行度判定手段と、該吸着触媒の劣化進行度に基づいて
    吸着触媒の昇温速度を決定する昇温速度演算手段と、吸
    着触媒の入口及び出口温度を検出する温度検出手段と、
    該検出された吸着触媒の入口及び出口温度に基づいて前
    記決定された吸着触媒の昇温速度を得るように前記分流
    比制御手段を駆動する昇温速度制御手段と、を含んで構
    成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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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