JP2727718B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関の排気系に、酸化
雰囲気(酸素過剰雰囲気)中、HC(未燃炭化水素)存在
下でNOxを還元できるゼオライト系触媒を備えた排気浄
化装置に関するものであり、とくに触媒の耐久劣化を防
止した排気浄化装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing NOx in an exhaust system of an internal combustion engine capable of lean combustion in an oxidizing atmosphere (oxygen excess atmosphere) in the presence of HC (unburned hydrocarbon). The present invention relates to an exhaust gas purification device provided with a zeolite-based catalyst that can be reduced, and more particularly to an exhaust gas purification device that prevents deterioration of durability of the catalyst.
最近、燃費向上のために、希薄域の空燃比で燃焼させ
るリーンバーン内燃機関の開発が進められ、一部は実用
化されている。希薄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低域がリーンバーンエ
ンジンの課題になっており、希薄空燃比でもNOxを浄化
できる触媒が注目されている。Recently, in order to improve fuel efficiency, a lean-burn internal combustion engine that burns at an air-fuel ratio in a lean region has been developed, and a part thereof has been put to practical use. In the lean air-fuel ratio region, since NOx cannot be purified by a conventional catalyst, a low NOx region has become an issue of a lean burn engine, and a catalyst capable of purifying NOx even at a lean air-fuel ratio has attracted attention.
特開平1−130735号公報、特願昭63−95026号は、遷
移金属を担持せしめたゼオライトからなり、酸化雰囲気
中、HC存在下でNOxを還元する触媒(以下、リーンNOx触
媒という)を教示している。Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-130735 and Japanese Patent Application No. 63-95026 teach a catalyst comprising a transition metal-supported zeolite and reducing NOx in the presence of HC in an oxidizing atmosphere (hereinafter referred to as a lean NOx catalyst). doing.
また、リーンNOx触媒は還元雰囲気中すなわち空燃比
リッチの雰囲気中に置かれると劣化が進行することか
ら、空燃比センサで空燃比リッチと判断されるときに
は、二次空気を導入して酸化雰囲気とすることが提案さ
れている(特開平1−203609号公報)。In addition, the lean NOx catalyst deteriorates when placed in a reducing atmosphere, that is, an atmosphere with an air-fuel ratio rich, so when the air-fuel ratio sensor determines that the air-fuel ratio is rich, secondary air is introduced to change the oxidizing atmosphere. (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 1-203609).
ところで、触媒劣化防止として、リーンNOx触媒をバ
イパスする通路、排気の流れをリーンNOx触媒とバイパ
スする通路との間に切替えるバイパス弁を設けて、空燃
比リッチのときにリーンNOx触媒をバイパスするように
排気の流れを制御することが考えられる(以下、従来制
御法という)。By the way, in order to prevent catalyst deterioration, a bypass valve that switches the flow of exhaust gas between the lean NOx catalyst and the bypass passage is provided by bypassing the lean NOx catalyst when the air-fuel ratio is rich by providing a bypass valve that bypasses the lean NOx catalyst. It is conceivable to control the flow of exhaust gas (hereinafter referred to as a conventional control method).
しかし、空燃比センサで実際の空燃比を検出しそれに
基づいて空燃比リッチと判断されてからバイパス弁をバ
イパス通路開側に切替えると、制御遅れ/バイパス弁の
作動遅れにより、空燃比リッチな排気の一部がリーンNO
x触媒に導入されてしまい、触媒耐久劣化およびNOx増大
の対策としては十分ではない。However, if the air-fuel ratio sensor detects the actual air-fuel ratio and determines that the air-fuel ratio is rich based on the actual air-fuel ratio, and then switches the bypass valve to the bypass passage opening side, control delay / operation delay of the bypass valve causes an exhaust gas rich in air-fuel ratio. Part of lean NO
It is introduced into the x-catalyst and is not sufficient as a countermeasure against catalyst durability deterioration and NOx increase.
これを、たとえば定常時→加速と変化する場合を例に
とって、第10図を参照してさらに詳しく説明する。スロ
ットル開度が「閉」から「開」に変化すると、時間遅れ
をもって空燃比がリーンからリッチに変化する。従来制
御法では、空燃比センサで検出した空燃比A/Fが、所定
の空燃比レベル(たとえば理論空燃比:ガソリンエンジ
ンの場合はA/Fストイキ≒14.5)よりもリッチ側になっ
た時、バイパス弁を「開」に制御するので、その制御遅
れ(ECU〜バイパス弁)や、バイパス弁「閉」→「開」
の動作時間から、バイパス「開」までに時間がかかり、
この間の空燃比リッチな排気がリーンNOx触媒に入って
しまい、触媒の耐久劣化を進めてしまう。This will be described in more detail with reference to FIG. 10 by taking, for example, the case of changing from steady state to acceleration. When the throttle opening changes from “closed” to “open”, the air-fuel ratio changes from lean to rich with a time delay. In the conventional control method, when the air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor becomes richer than a predetermined air-fuel ratio level (for example, stoichiometric air-fuel ratio: A / F stoichiometric ≒ 14.5 for a gasoline engine), Since the bypass valve is controlled to open, the control delay (ECU to bypass valve) and the bypass valve closed to open
It takes time from the operation time of
During this time, the exhaust gas rich in the air-fuel ratio enters the lean NOx catalyst, and the durability of the catalyst deteriorates.
本発明は、空燃比がリーンからリッチになることが予
想されるとき、従来制御法よりは早目にバイパスを
「開」として、空燃比リッチな排気がリーンNOx触媒に
導入されることを防止し、触媒の耐久劣化を抑制するこ
とを目的とする。The present invention prevents the introduction of rich air-fuel ratio exhaust gas into the lean NOx catalyst by opening the bypass earlier than the conventional control method when the air-fuel ratio is expected to change from lean to rich. It is another object of the present invention to suppress the deterioration of the durability of the catalyst.
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気
浄化装置は、第1図に示すように、 内燃機関2の運転状態を検出する運転状態検出手段10
と、 運転状態検出手段10の出力より空燃比を調整する空燃
比調整手段12と、 内燃機関2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、HC存在下で排気ガス中のNOxを還元するリーンNOx触
媒4と、 リーンNOx触媒4をバイパスするバイパス通路6と、 運転状態検出手段10の出力より空燃比リッチを予想す
る予想手段14と、 開閉可能で、開の時にバイパス通路6に排気を流すと
共にリーンNOx触媒4に排気が流れることを阻止し閉の
時にリーンNOx触媒4に排気を流すと共にバイパス通路
6に排気が流れることを阻止し、予想手段14により空燃
比リッチと予想されたとき開とされるバイパス弁8と、 から構成される。In order to achieve the above object, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention comprises an operating state detecting means 10 for detecting an operating state of the internal combustion engine 2 as shown in FIG.
Air-fuel ratio adjusting means 12 for adjusting the air-fuel ratio based on the output of the operating state detecting means 10, and zeolite carrying a transition metal or a noble metal provided in the exhaust system of the internal combustion engine 2; A lean NOx catalyst 4 for reducing NOx in exhaust gas in the presence of gas, a bypass passage 6 for bypassing the lean NOx catalyst 4, a predicting means 14 for predicting an air-fuel ratio rich from the output of the operating state detecting means 10, Thus, when opened, exhaust gas is flown into the bypass passage 6 and exhaust gas is prevented from flowing into the lean NOx catalyst 4, and when closed, exhaust gas is flown into the lean NOx catalyst 4 and at the same time, exhaust gas is prevented from flowing into the bypass passage 6. A bypass valve 8 that is opened when the air-fuel ratio is predicted to be rich by the means 14.
予想手段14は、たとえば次のような場合に、空燃比リ
ーンがリッチになると予想する。The predicting unit 14 predicts that the air-fuel ratio lean becomes rich in the following cases, for example.
(イ)リーン化補正係数KLEAN≧1.0の時。ただし、KLEA
Nは、制御目標空燃比に相当し、機関の運転状態などか
ら演算される。(A) When the leaning correction coefficient KLEAN ≧ 1.0. However, KLEA
N corresponds to the control target air-fuel ratio, and is calculated from the operating state of the engine and the like.
(ロ)スロットル開度TAが所定値以上の時、あるいはOT
P増量(オーバテンペラチャプロテクション増量)があ
る時。(B) When the throttle opening TA is equal to or greater than a predetermined value, or when OT
When there is P increase (overtemperature protection increase).
(ハ)加速時。(C) During acceleration.
(ニ)冷間時あるいは暖機中(水温増量など)。(D) During cold or warm-up (water temperature increase, etc.).
予想手段14が空燃比がリーンからリッチになると予想
した時、実際の空燃比がリッチになる前に、バイパス弁
8を「開」にするよう制御信号を送る。したがって、バ
イパス弁8「閉」から「開」になるのに若干の時間を費
やしたとしても、実際の空燃比が所定値以下(リッチ)
になる頃には、バイパス弁8が「開」になっており、空
燃比リッチな排気がリーンNOx触媒4に入ることはな
い。When the predicting means 14 predicts that the air-fuel ratio becomes rich from lean, it sends a control signal to open the bypass valve 8 before the actual air-fuel ratio becomes rich. Therefore, even if it takes some time for the bypass valve 8 to change from “closed” to “open”, the actual air-fuel ratio is equal to or less than a predetermined value (rich).
By the time, the bypass valve 8 is “open”, and the exhaust gas rich in the air-fuel ratio does not enter the lean NOx catalyst 4.
上記の如く、本発明の排気浄化装置では、バイパス弁
8「閉」→「開」の制御は早く実行することにより、空
燃比リッチな排気がリーンNOx触媒4に入ることが防止
され、リーンNOx触媒4の耐久劣化が迎えられ、NOxが長
期間効果的に低減される。As described above, in the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the control of the bypass valve 8 from “closed” to “opened” is executed early, so that the exhaust gas rich in the air-fuel ratio is prevented from entering the lean NOx catalyst 4, and the lean NOx catalyst is prevented. The durability of the catalyst 4 is deteriorated, and NOx is effectively reduced for a long time.
次に、本発明の具体的実施例を説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
第2図は本発明の一実施例のシステム構成を示してい
る。第2図において、ガソリン機関或いはディーゼル機
関からなる内燃機関2の排気系には、リーンNOx触媒4
と、リーンNOx触媒4をバイパスするバイパス通路6
と、排気をリーンNOx触媒4とバイパス通路6との間に
切替えるバイパス弁8と、リーンNOx触媒4の上流に設
けた空燃比センサ18と、リーンNOx触媒4の下流に必要
に応じて設けた三元触媒或いは酸化触媒22が設けられて
いる。FIG. 2 shows a system configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a lean NOx catalyst 4 is provided in an exhaust system of an internal combustion engine 2 composed of a gasoline engine or a diesel engine.
And a bypass passage 6 that bypasses the lean NOx catalyst 4.
A bypass valve 8 for switching the exhaust gas between the lean NOx catalyst 4 and the bypass passage 6, an air-fuel ratio sensor 18 provided upstream of the lean NOx catalyst 4, and provided downstream of the lean NOx catalyst 4 as necessary. A three-way catalyst or oxidation catalyst 22 is provided.
内燃機関2の吸気系には、スロットル弁28が設けら
れ、スロットル弁28の開度はスロットル開度センサ30に
よって検出されるようになっている。スロットル弁28の
下流には吸気管圧力センサ32が設けられ、また吸気系に
は必要に応じて吸気温センサ36が設けられる。A throttle valve 28 is provided in the intake system of the internal combustion engine 2, and the opening of the throttle valve 28 is detected by a throttle opening sensor 30. An intake pipe pressure sensor 32 is provided downstream of the throttle valve 28, and an intake air temperature sensor 36 is provided in the intake system as needed.
内燃機関2の各気筒に接続する各吸気ポート(ディー
ゼル機関の場合は各気筒)には、燃料噴射弁16が設けら
れる。火花点火式機関の場合は各気筒に点火プラグ38が
設けられ、40はイグナイタ、24は火花点火のため電流を
分配するディストリビュータである。ディストリビュー
タ24の回転軸は内燃機関2のクランク軸に連動され、機
関回転速度、クランク角度を検出するためのクランク角
度センサ26がディストリビュータ24に内装させて設けら
れている。なお、内燃機関2の冷却水温を検出する水温
センサ34も設けられている。A fuel injection valve 16 is provided at each intake port (each cylinder in the case of a diesel engine) connected to each cylinder of the internal combustion engine 2. In the case of a spark ignition type engine, a spark plug 38 is provided for each cylinder, 40 is an igniter, and 24 is a distributor for distributing current for spark ignition. The rotating shaft of the distributor 24 is interlocked with the crankshaft of the internal combustion engine 2, and a crank angle sensor 26 for detecting the engine speed and the crank angle is provided inside the distributor 24. In addition, a water temperature sensor 34 for detecting a cooling water temperature of the internal combustion engine 2 is also provided.
内燃機関2はエンジンコントロールコンピュータ20に
よって制御される。第3図はエンジンコントロールコン
ピュータ20の内部構成、各種センサおよび各種アクチュ
エータとの関連を示している。The internal combustion engine 2 is controlled by an engine control computer 20. FIG. 3 shows the internal configuration of the engine control computer 20 and the relationship with various sensors and various actuators.
第3図に示すように、エンジンコントロールコンピュ
ータ20は、演算を実行するセントラルプロセッサユニッ
ト(CPU)20a、読み出し専用のリードオンリメモリ(RO
M)20b、一時記憶用のランダムアクセスメモリ(RAM)2
0c、アナログ信号用の入力インターフェイス20d、アナ
ログ信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ20
e、ディジタル信号用の入力インターフェイス20f、出力
インターフェイス20gからなり、定電圧電源20hから電力
を供給される。As shown in FIG. 3, the engine control computer 20 includes a central processor unit (CPU) 20a for executing an operation, a read-only memory (RO)
M) 20b, random access memory (RAM) 2 for temporary storage
0c, input interface 20d for analog signals, A / D converter 20 for converting analog signals to digital signals
e, an input interface 20f for digital signals, and an output interface 20g. Power is supplied from a constant voltage power supply 20h.
吸気管圧力センサ32、水温センサ34、吸気温センサ3
6、空燃比センサ18の出力は入力インターフェイス20dに
入力され、クランク角度センサ26、スロットル開度セン
サ(ディジタル信号の場合)30の出力は入力インターフ
ェイス20fに入力される。CPU20aでは後述する演算が行
われ、その出力は出力インターフェイス20gを介して各
燃料噴射弁(インジェクタ)16、バイパス制御弁8等に
送信され、各アクチュエータを制御する。Intake pipe pressure sensor 32, water temperature sensor 34, intake temperature sensor 3
6. The output of the air-fuel ratio sensor 18 is input to the input interface 20d, and the output of the crank angle sensor 26 and the throttle opening sensor (in the case of a digital signal) 30 is input to the input interface 20f. The CPU 20a performs an operation described below, and the output is transmitted to each fuel injection valve (injector) 16, the bypass control valve 8 and the like via the output interface 20g to control each actuator.
第4図はROM20bに記憶され、CPU20aに読み出されてバ
イパス制御を行なう、本発明の第1実施例に係る演算ル
ーチンを示している。FIG. 4 shows an arithmetic routine according to the first embodiment of the present invention, which is stored in the ROM 20b and read out by the CPU 20a to perform bypass control.
第4図のルーチンは、クランク角度センサ26からのク
ランク角度に基づき、たとえば180℃A(クランク角
度)毎に割込まれる。The routine of FIG. 4 is interrupted, for example, at every 180 ° C. (crank angle) based on the crank angle from the crank angle sensor 26.
ステップ101において、クランク角度センサ26の出力
からエンジン回転速度NEを、吸気管圧力センサ32の出力
から吸気管圧力PMを読み込む。In step 101, the engine rotational speed NE is read from the output of the crank angle sensor 26, and the intake pipe pressure PM is read from the output of the intake pipe pressure sensor 32.
ついでステップ102にて、吸気管圧力とエンジン回転
速度より、空燃比が理論空燃比となるように、基本燃料
噴射量Tpを算出する。Next, at step 102, the basic fuel injection amount Tp is calculated from the intake pipe pressure and the engine rotation speed so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
つぎに、水温、吸気温等の運転条件に応じて基本燃料
噴射量を補正する操作を行う。まず、ステップ103で、
水温センサ34からの出力THW、域いは吸気温センサ36か
らの出力THAを読込む。つぎにステップ104で、水温(或
いは吸気温)増量FWLを算出する。水温増量は暖機時の
ドライバビリティ向上のための燃料噴射の増量で、たと
えば、第5図に示すTHW−FWLマップにより求められる。Next, an operation of correcting the basic fuel injection amount according to operating conditions such as water temperature and intake air temperature is performed. First, in step 103,
The output THW from the water temperature sensor 34 and the output THA from the intake temperature sensor 36 are read. Next, at step 104, a water temperature (or intake air temperature) increase FWL is calculated. The water temperature increase is an increase in fuel injection for improving drivability during warm-up, and is obtained, for example, from a THW-FWL map shown in FIG.
基本燃料噴射量TPは、エンジン回転速度NE、吸気管圧
力PMによっても補正される。ステップ105で、吸気管圧
力に対するリーン化補正係数KLEANPMを、たとえば、第
6図に示すPM−KLEANPMマップから、求める。ついでス
テップ106で、エンジン回転速度NEに対するリーン化補
正係数KLEANNEを、たとえば、第7図に示すNE−KLEANNE
マップから、算出する。ついで、ステップ107で、KLEAN
PM・KLEANNEより、リーン化補正係数KLEAN(制御の目標
空燃比に対応するもの)を算出する。The basic fuel injection amount TP is also corrected by the engine speed NE and the intake pipe pressure PM. In step 105, a leaning correction coefficient KLEANPM for the intake pipe pressure is obtained from, for example, a PM-KLEANPM map shown in FIG. Next, at step 106, a leaning correction coefficient KLEANNE for the engine speed NE is calculated, for example, by NE-KLEANNE shown in FIG.
Calculate from the map. Then, in step 107, KLEAN
The leaning correction coefficient KLEAN (corresponding to the target air-fuel ratio of the control) is calculated from PM · KLEANNE.
この他に燃料噴射量は、加速増量、スロットル高開度
時増量、触媒設置時に必要となることがある触媒過熱防
止増量が施されることがある。ステップ108では、ΔPM
>α(αは或る一定値)で入り、加速時のトルク向上の
ために、ΔPMより加速増量FACCが算出される。ステップ
109では、スロットル開度TA>c(cは或る一定値)で
入い、スロットル高開度時の出力向上のために、スロッ
トル開度TAよりスロットル高開度時増量FPOWERが算出さ
れる。ステップ110では、機関1回転当りの吸入空気量Q
/N、機関回転速度NEより、触媒過熱防止増量OTP(オー
バテンペラチャプロテクション)を求める。In addition, the fuel injection amount may be increased by increasing the amount of acceleration, increasing the amount of throttle at a high opening, or increasing the amount of catalyst overheating which may be required when the catalyst is installed. In step 108, ΔPM
> Α (α is a certain constant value), and the acceleration increase FACC is calculated from ΔPM in order to improve the torque during acceleration. Steps
At 109, the throttle opening TA> c (c is a certain constant value) is entered, and the throttle opening TA increase FPOWER is calculated from the throttle opening TA in order to improve the output at the throttle high opening. In step 110, the intake air amount Q per one revolution of the engine
From N / N and the engine speed NE, the catalyst overheat prevention increase OTP (overtemperature protection) is obtained.
リーン化補正係数KLEAN、各種の増量が算出された
後、ステップ111に進んで、燃料噴射量を補正する。燃
料噴射量TAUは次式より算出される。After the leaning correction coefficient KLEAN and various increases are calculated, the routine proceeds to step 111, where the fuel injection amount is corrected. The fuel injection amount TAU is calculated by the following equation.
TAU=Tp・KLEAN・FWL・(1+FACC+FPOWER+OTP) ついで、ステップ112に進み、TAUをセットし、TAUだ
け燃料噴射を実行する。TAU = Tp · KLEAN · FWL · (1 + FACC + FPOWER + OTP) Then, the routine proceeds to step 112, where TAU is set, and fuel injection is performed only for TAU.
ついで、ステップ113以降のバイパス制御のステップ
へと進む。ステップ113で、バイパス中か否か、すなわ
ちバイパス判定フラッグXF=1(バイパス中)か否かを
判断する。Next, the process proceeds to the bypass control step after step 113. In step 113, it is determined whether or not the bypass is being performed, that is, whether or not the bypass determination flag XF = 1 (during the bypass).
ステップ113にてバイパス中でないなら、すなわちXF
=1でないなら、ステップ114、115、116、117、118へ
と進み、空燃比がリッチとなるか否かを予想する。すな
わち、ステップ114では、冷間時或いは暖機中の如く水
温増量があれば、すなわちFWL>1.0あれば空燃比がリッ
チになると予想する。ステップ115では、リーン化補正
係数KLEANより空燃比がリッチになるか否かを予想す
る。ただし、KLEAN=理論空燃比/目標空燃比の関係が
あり、KLEAN>1.0なら空燃比がリッチになると予想し、
KLEAN≦1.0なら空燃比がリーンになると予想する。ステ
ップ116では加速増量が正であるなら、すなわちFACC>
0なら空燃比がリッチになると予想する。ステップ117
ではスロットル高開度時の出力補正が正であるなら、す
なわちFPOWER>0なら空燃比がリッチになると予想す
る。ステップ118では、触媒過熱防止増量が正であるな
ら、すなわちOTP>0なら、空燃比がリッチになると予
想する。上記において、ステップ114、115、116、117、
118の何れか少なくとも一つは空燃比がリーンからリッ
チに変化することを予想する予想手段14を構成する。If not in step 113, ie, XF
If = 1, the process proceeds to steps 114, 115, 116, 117, and 118 to predict whether the air-fuel ratio becomes rich. That is, in step 114, it is predicted that the air-fuel ratio will be rich if there is an increase in the water temperature as in the case of cold or warm-up, that is, if FWL> 1.0. In step 115, it is predicted whether the air-fuel ratio becomes rich based on the leaning correction coefficient KLEAN. However, there is a relationship of KLEAN = stoichiometric air-fuel ratio / target air-fuel ratio, and if KLEAN> 1.0, we expect that the air-fuel ratio will be rich,
If KLEAN ≤ 1.0, it is expected that the air-fuel ratio will be lean. In step 116, if the acceleration increase is positive, that is, FACC>
If 0, the air-fuel ratio is expected to be rich. Step 117
Then, if the output correction at the time of the throttle high opening is positive, that is, if FPOWER> 0, it is expected that the air-fuel ratio will be rich. In step 118, if the catalyst overheat prevention increase is positive, that is, if OTP> 0, it is expected that the air-fuel ratio will be rich. In the above, steps 114, 115, 116, 117,
Any one of 118 constitutes the prediction means 14 for predicting that the air-fuel ratio changes from lean to rich.
ステップ114、115、116、117、118の何れかで空燃比
がリッチになると予想されたなら、ステップ123に進
み、実際の空燃比がリーンからリッチに変化する前にバ
イパス弁8を「開」の実行処理をする。すなわち、バイ
パス弁8が「開」となるのに若干時間がかかっても、空
燃比がリッチになると予想されてから実際に空燃比がリ
ッチになるのにより多くの時間がかかるから、バイパス
弁8が「開」となった後で実際の空燃比がリッチとな
り、リッチな空燃比の排気がリーンNOx触媒4に流れ込
むことはない。ステップ123のバイパス弁8「開」実行
処理が済むと、ステップ124に進んでバイパス判定フラ
ッグXFをバイパス中を表示する1としておく。If it is predicted that the air-fuel ratio becomes rich in any of steps 114, 115, 116, 117, and 118, the process proceeds to step 123, where the bypass valve 8 is opened before the actual air-fuel ratio changes from lean to rich. Perform the execution process of That is, even if it takes some time for the bypass valve 8 to open, it takes more time for the air-fuel ratio to become rich after it is predicted that the air-fuel ratio becomes rich. Becomes "open", the actual air-fuel ratio becomes rich, and exhaust gas with a rich air-fuel ratio does not flow into the lean NOx catalyst 4. When the bypass valve 8 "open" execution process in step 123 is completed, the process proceeds to step 124, in which the bypass determination flag XF is set to 1 indicating that bypass is being performed.
ステップ113でXF=1なら、すなわちバイパス中なら
ステップ121に進み、空燃比センサ18の出力から現在の
実際の空燃比を読み込み、ステップ122に進んで実際の
空燃比A/Fが所定値bより大か否かを判定する。ステッ
プ122でA/F>bでないなら空燃比リッチだから、ステッ
プ123に進み、バイパス弁8を「開」のままとし、つい
でステップ124に進んでバイパス判定フラッグXFを1の
ままとしておく。If XF = 1 in step 113, that is, if bypass is in progress, the process proceeds to step 121, where the current actual air-fuel ratio is read from the output of the air-fuel ratio sensor 18, and the process proceeds to step 122, where the actual air-fuel ratio A / F exceeds the predetermined value b. It is determined whether it is large. If A / F> b is not satisfied in step 122, the air-fuel ratio is rich, so the routine proceeds to step 123, where the bypass valve 8 is kept "open". Then, the routine proceeds to step 124, where the bypass determination flag XF is kept at 1.
ステップ122でA/F>bなら、すなわち実際の空燃比が
リッチからリーンに変化したなら、ステップ119に進
み、バイパス弁8の「閉」実行処理をする。したがっ
て、空燃比がリッチからリーンに変化するときのバイパ
ス弁8の「閉」実行処理は、空燃比がリッチからリーン
に変化することを予想して行うのではなく、実際の空燃
比がリッチからリーンに変化したことを判断して行う。
したがって、実際の空燃比がリーンに変化した後にバイ
パス弁8が「閉」になるから、空燃比リッチな排気がリ
ーンNOx触媒4が導入されることはない。ついで、ステ
ップ120に進みバイパス判定フラッグXFを0としてお
く。If A / F> b in step 122, that is, if the actual air-fuel ratio has changed from rich to lean, the process proceeds to step 119, and the "close" execution process of the bypass valve 8 is performed. Therefore, the “closed” execution process of the bypass valve 8 when the air-fuel ratio changes from rich to lean is not performed in anticipation of the air-fuel ratio changing from rich to lean, but is performed when the actual air-fuel ratio changes from rich to lean. Judge that it has changed to lean.
Therefore, after the actual air-fuel ratio changes to lean, the bypass valve 8 is closed, so that the exhaust gas rich in air-fuel ratio is not introduced into the lean NOx catalyst 4. Next, the routine proceeds to step 120, where the bypass determination flag XF is set to 0.
第8図は本発明の第2実施例に係る演算ルーチンを示
しており、第1実施例と異なるステップを200番台の番
号で、第1実施例に準じるステップは第1実施例と同じ
番号で示してある。空燃比がリッチからリーンになると
きのバイパス弁8の「閉」への切替えを、第1実施例で
は実際の空燃比がリーンになってから実行したのに対
し、第2実施例では、 K=KLEAN・FWL・(1+FACC+FPOWER+FOTP)>1.0 となった時、すなわち空燃比が全体的に見てリーンにな
ると予想された時から、所定時間だけ経過してから実行
する。FIG. 8 shows an arithmetic routine according to the second embodiment of the present invention, wherein steps different from those of the first embodiment are numbered in the 200s, and steps corresponding to the first embodiment are the same numbers as those of the first embodiment. Is shown. The switching of the bypass valve 8 to "closed" when the air-fuel ratio changes from rich to lean is executed after the actual air-fuel ratio becomes lean in the first embodiment, whereas in the second embodiment, K is changed to K. = KLEAN · FWL · (1 + FACC + FPOWER + FOTP)> 1.0, that is, after a predetermined time has elapsed from the time when the air-fuel ratio is expected to be lean as a whole.
さらに詳しくは、第2実施例では、ステップ113でバ
イパス中(XF=1)と判定されると、ステップ201に進
み、K>1.0か否かを判定し、K>1.0でないなら、すな
わち空燃比が全体的に見てリーンになると予想されたな
ら、ステップ202を介してステップ203に進み、時間経過
CLEANを1づつカウントアップしていく。180゜クランク
角度毎にルーチンに割込んで演算を繰返し実行すること
によりCLEANが増加していき、CLEANが所定値eより大と
なる割込み演算において、すなわち所定時間経過した演
算において、ステップ202でCLEAN>eとなったときに空
燃比がリーンからリッチに変化したとみなし、ステップ
205を介してステップ119に進み、バイパス弁8「閉」実
行処理をする。ステップ203、202は予想手段14を構成す
る。その他のときはステップ123に進み、バイパス弁8
は開のままである。ステップ204、205はCLEANを0に保
ち、あるいは0にクリアするステップである。その他は
第1実施例に準じる。More specifically, in the second embodiment, when it is determined in step 113 that the bypass is being performed (XF = 1), the process proceeds to step 201, where it is determined whether or not K> 1.0. Is expected to be overall lean, go to step 203 via step 202 and
CLEAN is counted up one by one. By interrupting the routine at every 180 ° crank angle and repeatedly executing the calculation, CLEAN increases, and in an interrupt calculation in which CLEAN becomes larger than a predetermined value e, that is, in a calculation after a predetermined time elapses, CLEAN is performed in step 202. > E, it is considered that the air-fuel ratio has changed from lean to rich, and
The routine proceeds to step 119 via 205, where the bypass valve 8 is closed. Steps 203 and 202 constitute the prediction means 14. Otherwise, proceed to step 123 and proceed to bypass valve 8
Remains open. Steps 204 and 205 are steps for keeping CLEAN at 0 or clearing it to 0. Others are the same as in the first embodiment.
つぎに、本発明の作用を、第9図のタイムチャートを
参照して説明する。ただし、燃料補正は、リーン化補正
係数KLEANのみによる場合を、例として挙げてある。Next, the operation of the present invention will be described with reference to the time chart of FIG. However, the fuel correction is based on the lean correction coefficient KLEAN alone as an example.
たとえば、 のように運転するとき、スロットル開度TAは第6図の最
上段のように変化することになる。For example, , The throttle opening degree TA changes as shown at the top of FIG.
この時、制御目標空燃比(リーン化補正係数KLEANに
置き換えられる)は、第6図の上から第2、3段目に示
すように、機関の運転状態や各種センサの信号から求め
られるので、検出の遅れや演算時間など、多少の制御遅
れがある。At this time, the control target air-fuel ratio (replaced by the leaning correction coefficient KLEAN) is obtained from the operating state of the engine and signals from various sensors as shown in the second and third stages from the top of FIG. There are some control delays such as detection delay and calculation time.
上記の目標空燃比に実行処理するのに、ECU20から燃
料噴射弁16に信号を送って燃料を噴射し、その燃料が吸
気ポートを通ってシリンダ内に入り(輸送期間)、燃焼
して、その排気が排気系を通って空燃比センサ18に達す
るので、実際の空燃比を空燃比センサ18が検出するまで
に、かなりの時間を要する。したがって、実際の空燃比
(空燃比センサ18の検出)は、第6図の上から第4段目
に示すように、遅れる。To execute the above-described target air-fuel ratio, a signal is sent from the ECU 20 to the fuel injection valve 16 to inject fuel, the fuel enters the cylinder through the intake port (transportation period), burns, and Since the exhaust gas reaches the air-fuel ratio sensor 18 through the exhaust system, it takes a considerable time before the air-fuel ratio sensor 18 detects the actual air-fuel ratio. Therefore, the actual air-fuel ratio (detected by the air-fuel ratio sensor 18) is delayed as shown in the fourth row from the top in FIG.
従来制御法では、空燃比センサ18で検出した実際の空
燃比値が、所定の空燃比レベルよりもリッチ側になった
時、バイパス弁を「開」に制御するので、その制御遅れ
(ECU〜バイパス弁)や、バイパス弁「閉」→「開」の
時間から、バイパス「開」までに時間がかかり、この間
の空燃比リッチな排気が、リーンNOx触媒に入ってしま
うことは、前記した通りである。In the conventional control method, when the actual air-fuel ratio value detected by the air-fuel ratio sensor 18 becomes richer than a predetermined air-fuel ratio level, the bypass valve is controlled to “open”. It takes a long time from the time of the bypass valve) and the time of the bypass valve “closed” to “open” to the time the bypass is “opened”, and during this time, the exhaust gas rich in the air-fuel ratio enters the lean NOx catalyst as described above. It is.
しかし、本発明では、第6図の最下段に示すように、
目標空燃比(KLEAN値)が所定値以下(たとえば理論空
燃比よりもリッチ側)になった時に、バイパス弁8を
「開」にするように制御信号を送る。したがって、バイ
パス弁8の「閉」→「開」に若干の時間を費やしても、
実際の空燃比が所定値以下(リッチ)になる頃には、バ
イパス弁8が「開」になっており、空燃比リッチな排気
がリーンNOx触媒4に入ることはない。However, in the present invention, as shown at the bottom of FIG.
When the target air-fuel ratio (KLEAN value) becomes equal to or less than a predetermined value (for example, richer than the stoichiometric air-fuel ratio), a control signal is sent to open the bypass valve 8. Therefore, even if a certain amount of time is spent from “close” to “open” of the bypass valve 8,
By the time the actual air-fuel ratio becomes equal to or less than a predetermined value (rich), the bypass valve 8 is “open”, and exhaust gas rich in air-fuel ratio does not enter the lean NOx catalyst 4.
一方、空燃比がリッチからリーンに変化するときに
は、従来の制御法と同様に、空燃比センサで実際の空燃
比がリーンになってからバイパス弁8を「開」→「閉」
に制御するので、この場合も空燃比リッチな排気がリー
ンNOx触媒4に導かれることはない。On the other hand, when the air-fuel ratio changes from rich to lean, the bypass valve 8 is changed from “open” to “closed” after the actual air-fuel ratio becomes lean with the air-fuel ratio sensor, as in the conventional control method.
, The exhaust gas rich in the air-fuel ratio is not guided to the lean NOx catalyst 4 in this case as well.
本発明では、上記の如く、バイパス弁8「閉」→
「開」の制御は早く、「開」→「閉」の制御は遅く実行
することにより、空燃比リッチな排気がリーンNOx触媒
4に入ることが防止される。In the present invention, as described above, the bypass valve 8 is “closed” →
The control of “open” is executed early, and the control of “open” → “close” is executed late, thereby preventing the exhaust gas rich in the air-fuel ratio from entering the lean NOx catalyst 4.
本発明によれば、空燃比リッチを予想する予想手段
と、開閉可能で、開の時にバイパス通路に排気を流すと
共にリーンNOx触媒に排気が流れることを阻止し閉の時
にリーンNOx触媒に排気を流すと共にバイパス通路に排
気が流れることを阻止し、予想手段により空燃比リッチ
と予想されたとき開とされるバイパス弁を設けたので、
実際の空燃比がリーンからリッチに変化する前にバイパ
ス弁を「閉」から「開」に切替えることができ、空燃比
リッチな排気がリーンNOx触媒に導入されることを防止
できる。したがって、リーンNOx触媒の耐久劣化を抑え
ることができ、長期間にわたってNOxを効果的に低減で
きる。According to the present invention, a predicting means for predicting an air-fuel ratio rich, and openable and closable, exhaust gas flows to the bypass passage at the time of opening and prevents exhaust gas from flowing to the lean NOx catalyst, and exhaust gas to the lean NOx catalyst when closed. The bypass valve that opens when the air-fuel ratio is predicted to be rich by the prediction means is provided.
Before the actual air-fuel ratio changes from lean to rich, the bypass valve can be switched from “closed” to “open”, and exhaust gas rich in air-fuel ratio can be prevented from being introduced into the lean NOx catalyst. Therefore, the deterioration of the lean NOx catalyst in durability can be suppressed, and NOx can be effectively reduced over a long period of time.
第1図は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の制御系
統図、 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
置の機器系統図、 第3図は第2図のうち、ECU、各種センサ、各種アクチ
ュエータの関連を示すブロック図、 第4図は本発明の第1実施例に係る制御フローチャー
ト、 第5図は第4図のステップ104の演算で用いる水温THW−
水温増量FWLマップ図、 第6図は第4図のステップ105の演算で用いる吸気管圧
力PM−リーン化補正係数KLEANPMマップ図、 第7図は第4図のステップ106の演算で用いるエンジン
回転速度NE−リーン化補正係数KLEANNEマップ図、 第8図は本発明の第2実施例に係る制御フローチャー
ト、 第9図はリーン化補正係数KLEANで空燃比リーンからリ
ッチへの変化を予想した場合の、スロットル開度、目標
空燃比、KLEAN、実際の空燃比、バイパス弁の開閉、間
のタイミングチャート、 第10図は従来法から考えられる制御法におけるスロット
ル開度、空燃比、バイパス開閉、間のタイミングチャー
ト、 である。 2……内燃機関 4……リーンNOx触媒 6……バイパス通路 8……バイパス弁 10……運転状態検出手段 12……空燃比調整手段 14……予想手段 16……燃料噴射弁 18……空燃比センサ 20……ECU 26……クランク角度センサ 30……スロットル開度センサ 32……吸気管圧力センサ 34……水温センサ 36……吸気温センサ 38……点火プラグFIG. 1 is a control system diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention, FIG. 2 is a device system diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing the relationship between the ECU, various sensors, and various actuators. FIG. 4 is a control flowchart according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a water temperature THW- used in the calculation of step 104 in FIG.
FIG. 6 is an intake pipe pressure PM-leaning correction coefficient KLEANPM map used in the calculation in step 105 of FIG. 4, and FIG. 7 is an engine rotation speed used in the calculation of step 106 in FIG. FIG. 8 is a control flowchart according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram in the case where a change from an air-fuel ratio lean to rich is predicted by the lean correction coefficient KLEAN. Timing chart between throttle opening, target air-fuel ratio, KLEAN, actual air-fuel ratio, opening and closing of bypass valve. Fig. 10 shows timing between throttle opening, air-fuel ratio, bypass opening and closing in a control method that can be considered from the conventional method. Chart. 2 ... internal combustion engine 4 ... lean NOx catalyst 6 ... bypass path 8 ... bypass valve 10 ... operating state detecting means 12 ... air-fuel ratio adjusting means 14 ... predicting means 16 ... fuel injection valve 18 ... empty Fuel ratio sensor 20… ECU 26 …… Crank angle sensor 30 …… Throttle opening sensor 32 …… Intake pipe pressure sensor 34 …… Water temperature sensor 36 …… Intake temperature sensor 38 …… Spark plug
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 竹島 伸一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−74515(JP,A) 特開 平1−203609(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiaki Tanaka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Shinichi Takeshima 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation ( 56) References JP-A-3-74515 (JP, A) JP-A-1-203609 (JP, A)
Claims (1)
出手段と、 運転状態検出手段の出力より空燃比を調整する空燃比調
整手段と、 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、HC
存在下で排気ガス中のNOxを還元するリーンNOx触媒と、 リーンNOx触媒をバイパスするバイパス通路と、 運転状態検出手段の出力より空燃比リッチを予想する予
想手段と、 開閉可能で、開の時にバイパス通路に排気を流すと共に
リーンNOx触媒に排気が流れることを阻止し閉の時にリ
ーンNOx触媒に排気を流すと共にバイパス通路に排気が
流れることを阻止し、予想手段により空燃比リッチと予
想されたとき開とされるバイパス弁と、 からなることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。1. An operating state detecting means for detecting an operating state of an internal combustion engine, an air-fuel ratio adjusting means for adjusting an air-fuel ratio from an output of the operating state detecting means, and a transition metal or an exhaust gas provided in an exhaust system of the internal combustion engine. Made of zeolite supporting noble metal, in an oxidizing atmosphere, HC
A lean NOx catalyst that reduces NOx in exhaust gas in the presence of gas, a bypass passage that bypasses the lean NOx catalyst, a predictor that predicts an air-fuel ratio rich from the output of the operating state detector, Exhaust gas was flown into the bypass passage and exhaust gas was prevented from flowing into the lean NOx catalyst.When closed, exhaust gas was flown into the lean NOx catalyst and exhaust gas was prevented from flowing into the bypass passage. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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---|---|---|---|
JP1908790A JP2727718B2 (en) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
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Publications (2)
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JPH03225013A JPH03225013A (en) | 1991-10-04 |
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GB2478719A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-21 | Gm Global Tech Operations Inc | Method of operating an internal combustion engine having a lean NOx trap (LNT) |
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1990
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