內燃機的排氣氣體凈化控制裝置制造方法
【專利摘要】具有：檢測單元，其對從配置在上游側的第1催化劑（126）流出的排氣氣體的空燃比或濃/稀程度進行檢測（128B）；推定單元（128A～12C），其對所述第1催化劑及第2催化劑（127）的氧吸附量進行推定；以及濃空燃比化控制單元（11），其在所述第1催化劑及所述第2催化劑的氧吸附量大于或等于規(guī)定值的情況下，暫時改變噴射燃料的濃稀程度而進行濃空燃比化，所述濃空燃比化控制單元在開始所述濃空燃比化后，將所述噴射燃料的濃稀程度設定為與理論配比相比較大的第1濃稀程度，在所述檢測單元的輸出達到理論配比的空燃比或濃/稀值后，也維持所述第1濃稀程度。
【專利說明】內燃機的排氣氣體凈化控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及內燃機的排氣氣體凈化控制裝置。
【背景技術】
[0002]已知下述排氣氣體凈化控制裝置，S卩，在排氣通路中串聯(lián)配置多個催化劑，一邊利用3個空燃比傳感器檢測上游側催化劑和下游側催化劑的狀態(tài)，一邊控制空燃比的內燃機中，在如燃料切斷時這樣各催化劑的氧吸附量過剩時，基于下游側催化劑前后的空燃比傳感器的檢測值，使空燃比的濃稀程度變化(專利文獻I)。
[0003]專利文獻1:日本特開2002-276433號公報

【發(fā)明內容】

[0004]然而，上述現有的控制方法是在濃稀程度的變化控制的后半段，對應于下游側催化劑前后的空燃比傳感器的檢測值而從最大濃度的狀態(tài)開始下降的控制，因此，存在下游側催化劑的氧吸附能力的恢復效率低的問題。
[0005]本發(fā)明所要解決的課題在于，提供一種排氣氣體凈化控制裝置，其能夠有效地恢復下游側催化劑的氧吸附能力。
[0006]本發(fā)明是從開始進行濃空燃比化起，將噴射燃料的濃稀程度設定為與理論配比相比較大的第I濃稀程度，在從上游側催化劑中流出的排氣氣體的空燃比達到理論配比后，也維持該第I濃稀程度，由此解決上述課題。
[0007]發(fā)明的效果
[0008]根據本發(fā)明，在從上游側催化劑中流出的排氣氣體的空燃比達到理論配比后，也維持第I濃稀程度，從而能夠急速地對吸附在下游側催化劑上的氧進行還原，能夠有效地恢復下游側催化劑的氧吸附能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是表示使用了本發(fā)明的一個實施方式的內燃機的框圖。
[0010]圖2是表示在圖1的發(fā)動機控制單元中執(zhí)行的排氣氣體凈化控制的順序的流程圖。
[0011]圖3是表示在圖1的發(fā)動機控制單元中執(zhí)行的排氣氣體凈化控制的其他順序的流程圖。
[0012]圖4是表示執(zhí)行圖2及圖3的控制時的各要素的時間狀態(tài)的時序圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1是表示使用了本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)動機EG的框圖，在發(fā)動機EG的進氣通路111中設置有空氣濾清器112、檢測吸入空氣流量的空氣流量計113、控制吸入空氣流量的節(jié)流閥114及集氣管115。[0014]在節(jié)流閥114中設置有對該節(jié)流閥114的開度進行調整的DC電動機等致動器116。該節(jié)流閥致動器116為了實現基于駕駛者的加速器踏板操作量等而運算出的要求扭矩，基于來自發(fā)動機控制單元11的驅動信號，對節(jié)流閥114的開度進行電子控制。另外，設置有對節(jié)流閥114的開度進行檢測的節(jié)氣門傳感器117，將其檢測信號向發(fā)動機控制單元11輸出。此外，節(jié)氣門傳感器117還可以起到作為怠速開關的功能。
[0015]另外，設置有朝向從集氣管115向各氣缸分支的進氣通路Illa的燃料噴射閥118。燃料噴射閥118通過在發(fā)動機控制單元11中設定的驅動脈沖信號而被開閥驅動，將從未圖示的燃料泵壓送過來后通過壓力調節(jié)器控制為規(guī)定壓力的燃料，向進氣通路(以下，還稱為燃料噴射口)Illa內噴射。此外，也可以取代使燃料噴射閥118朝向燃料噴射口 Illa的結構，而使其朝向燃燒室123，成為向該燃燒室123直接噴射燃料的所謂直噴型燃料噴射。
[0016]由缸體119、在該缸體內往返移動的活塞120的冠頂面、和設置有進氣閥121及排氣閥122的氣缸蓋包圍的空間構成燃燒室123?；鸹ㄈ?24朝向各氣缸的燃燒室123而安裝，基于來自發(fā)動機控制單元11的點火信號，對吸入混合氣體進行點火。
[0017]另一方面，在排氣通路125中串聯(lián)設置用于凈化排氣的排氣凈化催化劑126、127。本例的排氣凈化催化劑126、127使用下述的催化劑，即，在吸附碳氫化合物HC等未燃氣體的多孔結晶硅鋁酸鹽(所謂沸石)上，承載三元催化劑或氧化催化劑。由沸石等構成的吸附材料具有下述特性，即，在低溫區(qū)域中物理吸附未燃氣體，另一方面，在大于或等于150°C的高溫區(qū)域中被吸附的未燃氣體通過分子運動而從吸附材料中脫離。
[0018]另外，承載在沸石等吸附材料上的三元催化劑，如果達到活性溫度，則在理論配比(理論空燃比，λ =1、空氣重量/燃料重量=14.7)附近，對排氣中的一氧化碳CO和碳氫化合物HC進行氧化，并且，進行氮氧化物NOx的還原，能夠凈化排氣。另外，氧化催化劑對排氣中的一氧化碳CO和碳氫化合物HC進行氧化。
[0019]此外，在本例中，將吸附未燃氣體的吸附材料和三元催化劑或氧化催化劑作為一個排氣凈化催化劑構成，將這種催化劑126、127串聯(lián)配置2個，但也可以配置大于或等于3個催化劑。以下，將排氣通路125的上游側的催化劑稱為第I催化劑126，將下游側的催化劑稱為第2催化劑127。
[0020]在排氣通路125中設置有通過對排氣中的特定成分、例如氧濃度進行檢測，從而對排氣、進而對吸入混合氣體的空燃比進行檢測的3個空燃比傳感器128A、128B、128C，它們的檢測信號分別向發(fā)動機控制單元11輸出。該空燃比傳感器128可以是輸出濃/稀程度的氧傳感器，也可以是線性地在較寬的區(qū)域內檢測空燃比的寬域空燃比傳感器。
[0021]在排氣通路125中設置的3個空燃比傳感器中的第I空燃比傳感器128A，設置在第I催化劑126的入口附近，對流入該第I催化劑126的排氣氣體的空燃比或濃/稀程度進行檢測，并向發(fā)動機控制單元11輸出。第2空燃比傳感器128B設置在第I催化劑126和第2催化劑127之間的排氣通路125中，對流出第I催化劑126后流入第2催化劑的排氣氣體的空燃比或濃/稀程度進行檢測，并向發(fā)動機控制單元11輸出。第3空燃比傳感器128C設置在第2催化劑127的出口附近，對流出該第2催化劑127的排氣氣體的空燃比或濃/稀程度進行檢測，并向發(fā)動機控制單元11輸出。
[0022]此外，在圖1中，129為消聲器。
[0023]在發(fā)動機EG的曲軸130上設置有曲軸角傳感器131，發(fā)動機控制單元11能夠通過在一定時間內對與內燃機旋轉同步地從曲軸角傳感器131輸出的曲軸單位角信號進行計數，或通過測量曲軸基準角信號的周期，從而檢測內燃機轉速Ne。
[0024]在發(fā)動機EG的冷卻套132上，朝向該冷卻套而設置有水溫傳感器133，該水溫傳感器133對冷卻套132內的冷卻水溫度Tw進行檢測，并將其向發(fā)動機控制單元11輸出。
[0025]通常的空燃比反饋控制，是在由水溫傳感器133檢測出的發(fā)動機冷卻水的水溫大于或等于規(guī)定溫度，發(fā)動機EG的運行狀態(tài)不是處于高轉速.高負載區(qū)域的情況下執(zhí)行的。如果說明其一個例子，首先利用第3空燃比傳感器128C檢測從第2催化劑127流出的排氣氣體的空燃比，基于該第3空燃比傳感器128C的輸出，設定從第I催化劑126流出的排氣氣體的目標空燃比。然后，利用第2空燃比傳感器128B檢測從第I催化劑126流出的排氣氣體的空燃比，基于與上述目標空燃比的偏差，設定向第I催化劑126流入的排氣氣體的目標空燃比。然后，基于該目標空燃比與第I空燃比傳感器128A的輸出的偏差，計算空燃比校正系數。利用該空燃比校正系數，對導入至燃燒室123中的吸入空氣的空燃比進行反饋控制。
[0026]而且，在發(fā)動機EG運行中，例如，如果加速器開度為零且發(fā)動機轉速大于或等于規(guī)定值，或發(fā)動機轉速進入紅色區(qū)域(Red zone)，則為了燃料削減或防止發(fā)動機轉速的過度上升，發(fā)動機控制單元11暫時中斷來自燃料噴射閥118的燃料噴射。如果實施這樣的減速時燃料切斷或高轉速時燃料切斷，則吸入至燃燒室123中的氧不會燃燒而直接向排氣通路125排出，因此，第I催化劑126及第2催化劑127的氧吸附量大幅增加。如上所述，如果第I催化劑126及第2催化劑127的氧吸附量過多，則排氣氣體中的NOx的處理能力下降。
[0027]因此，在本例中，在燃料切斷結束而重新開始燃料噴射時，執(zhí)行下述控制，即，將導入至燃燒室123的混合空氣的空燃比暫時濃空燃比化，使吸附在第I催化劑126及第2催化劑127中的氧氣與排氣氣體中的濃空燃比成分(HC、CO等)反應，將這些第I催化劑126及第2催化劑127的氧吸附量迅速減少。而且此時，特別地為了有效地減小下游側催化劑(在本例中是第2催化劑127)的氧吸附量，執(zhí)行以下控制。
[0028]圖2是控制流程圖，圖4是控制時序圖，首先，在步驟S201中判斷燃料切斷條件是否成立，在燃料切斷條件不成立的情況下，不執(zhí)行步驟S202?S211的處理而結束該程序，執(zhí)行上述通常的空燃比反饋控制等。在燃料切斷條件成立的情況下，進入步驟S202。燃料切斷條件例如是上述的減速時燃料切斷或高轉速時燃料切斷等條件。
[0029]在步驟S202中，基于第I空燃比傳感器128A、第2空燃比傳感器128B以及發(fā)動機轉速(排氣量)的各檢測值，對由第I催化劑126吸附的氧吸附量進行推定。同樣地，在步驟S203中，基于第2空燃比傳感器128B、第3空燃比傳感器128C以及發(fā)動機轉速(排氣量)的各檢測值，對由第2催化劑127吸附的氧吸附量進行推定。這些氧吸附量的推定運算直至在步驟S204中結束燃料切斷為止持續(xù)進行。圖4的第I催化劑O2量、第2催化劑O2量表示在步驟S202、S203中計算出的氧吸附量，與開始燃料切斷(時間tl)大致同時地，第I催化劑126的氧吸附量增加，稍微延遲(時間t2)后，第2催化劑127的氧吸附量增加。
[0030]如果在步驟S204中確認燃料切斷結束(時間t3)，則進入步驟S205，將導入至燃燒室123中的混合空氣的空燃比設定為與理論配比相比燃料濃的第I濃稀程度。而且，在步驟S206中判斷第2空燃比傳感器128B的輸出是否超過規(guī)定的Vsl，如果第2空燃比傳感器128B的輸出超過Vsl (時間t4)，則進入步驟S207。該第2空燃比傳感器128B的閾值Vsl例如是第I催化劑126恢復至理論配比的狀態(tài)的輸出值。
[0031]在步驟S207中，根據在步驟S203中計算出的第2催化劑127的氧吸附量開始進行減法運算(時間t4?t5)。該減法運算基于第2空燃比傳感器128B、第3空燃比傳感器128C以及發(fā)動機轉速(排氣量)計算。而且，在步驟S208中，如果確認到第2催化劑127的氧吸附量減小至目標氧吸附量，則進入步驟S209。該目標氧吸附量能夠通過實驗或模擬預先確定。此外，在本例的步驟S208中，判斷為從第2催化劑127的氧吸附量中減去了規(guī)定的富余量而得到的值是否減小至目標氧吸附量。
[0032]在步驟S209中，將導入至燃燒室123中的混合空氣的空燃比，切換為與第I濃稀程度相比燃料稀而與理論配比相比燃料濃的第2濃稀程度(時間t5)。而且，在步驟S210中，判斷第3空燃比傳感器128C的輸出是否超過規(guī)定的Vs2，如果第3空燃比傳感器128C2的輸出超過Vs2 (時間t6)，則進入步驟S211，結束濃空燃比化控制。該第3空燃比傳感器128C的閾值Vs2例如是第2催化劑127恢復到理論配比狀態(tài)的輸出值。
[0033]如上所述，根據本例的排氣氣體凈化控制，對于與燃料切斷相伴的第I催化劑126及第2催化劑127的氧吸附能力的恢復處理，在恢復第I催化劑126的氧吸附能力后，直至第2催化劑的氧吸附量減小至目標值為止，都在濃稀程度較大的第I濃稀程度下執(zhí)行，因此，如圖4所示，第2催化劑127的氧吸附量的減小率較大(時間t4?t5的減小斜率的絕對值較大)，與在該圖中用虛線示出的現有方法相比，能夠高效地恢復氧吸附能力。因此，如該圖所不，NOx轉換效率提聞。
[0034]在上述實施方式中，將燃料噴射的濃稀程度從第I濃稀程度切換至第2濃稀程度的定時設為第2催化劑127的氧吸附量達到目標氧吸附量的時刻(圖2的步驟S208)，但在該時刻，第2催化劑127的上游側的排氣通路125中充滿第I濃稀程度的燃料濃的還原劑，因此，也可以將該還原劑量作為基準，判斷切換的定時。圖3是其他實施方式涉及的控制流程。
[0035]從步驟S301至步驟S307與上述圖2的從步驟S201至步驟S207的控制內容相同，因此，省略其說明。在步驟S308中，從在步驟S307中減法運算而得到的第2催化劑127的氧吸附量進一步減去富余量，然后在步驟S309中計算殘留在第2催化劑127的上游側的排氣通路125中的燃料濃的還原劑量。該還原劑量是通過校正系數，利用第2催化劑127的上游側的排氣通路125的容積進行計算，該校正系數對空燃比的濃稀程度(在這里是第I濃稀程度)和吸入空氣量、以及與氧的反應比例進行校正。
[0036]而且，在步驟S310中，如果確認到下述情況，則進入步驟S311，S卩，從第2催化劑127的氧吸附量中減去富余量而得到的值，減小至與第2催化劑127上游側的殘留還原劑正好地反應的量(由于減小富余量，因此小于正好反應的量)。此外，步驟S308及S310的富余量也可以設置為零。
[0037]在步驟S311中，將導入至燃燒室123中的混合空氣的空燃比，切換至與第I濃稀程度相比燃料較稀而與理論配比相比燃料較濃的第2濃稀程度。而且，在步驟S312中，判斷第3空燃比傳感器128C的輸出是否超過規(guī)定的Vs2，如果第3空燃比傳感器128C的輸出超過Vs2 (時間t6)，則進入步驟S313，結束濃空燃比化控制。
[0038]通過如上所述構成，對于與燃料切斷相伴的第I催化劑126及第2催化劑127的氧吸附能力的恢復處理，在第I催化劑126的氧吸附能力恢復后，直至第2催化劑的氧吸附量減小至目標値為止，都在濃稀程度較大的第I濃稀程度下執(zhí)行，因此，如圖4所示，第2催化劑127的氧吸附量的減小率較大(時間t4~t5的減小斜率的絕對值較大)，與在該圖中用虛線示出的現有方法相比，能夠高效地恢復氧吸附能力。因此，如該圖所示，NOx轉換效率提高。另外，如果確認到第2催化劑127的氧吸附量減小至與第2催化劑127上游側的殘留還原劑彼此正好地氧化.還原反應的量為止，則切換為與第I濃稀程度相比燃料較稀而與理論配比相比燃料較濃的第2濃稀程度，因此，第2催化劑127下游側的第3空燃比傳感器128C檢測濃空燃比時，濃稀程度成為與第I濃稀程度相比較小的第2濃稀程度，能夠對通過第2催化劑127的燃料成分進行抑制。特別地，即使吸入空氣量變化，也能夠在最佳定時切換燃料噴射的濃稀程度。
[0039]上述第2空燃比傳感器128B相當于本發(fā)明涉及的檢測單元，上述第I空燃比傳感器128A、第2空燃比傳感器128B、第3空燃比傳感器128C、曲軸角傳感器131相當于本發(fā)明涉及的推定單元，上述發(fā)動機控制單元11相當于本發(fā)明涉及的濃空燃比化控制單元。
[0040]標號的說明
[0041]EG...發(fā)動機(內燃機)
[0042]11…發(fā)動機控制器
[0043]111、Illa…進氣通路
[0044]112…空氣濾清器
[0045]113…空氣流量計
[0046]114…節(jié)流閥
`[0047]115…集氣管
[0048]116…節(jié)流閥致動器
[0049]117…節(jié)氣門傳感器
[0050]118…燃料噴射閥
[0051]119…缸體
[0052]120…活塞
[0053]121…進氣閥
[0054]122…排氣閥
[0055]123…燃燒室
[0056]124…火花塞
[0057]125…排氣通路
[0058]126…第I催化劑
[0059]127…第2催化劑
[0060]128A...第I空燃比傳感器
[0061]128B…第2空燃比傳感器
[0062]128C…第3空燃比傳感器
[0063]129…消聲器
[0064]130…曲軸
[0065]131…曲軸角傳感器[0066]132…冷卻套
[0067]133…水 溫傳感器
【權利要求】
1.一種內燃機的排氣氣體凈化控制裝置，該內燃機在排氣通路中串聯(lián)配置有多個催化劑， 該內燃機的排氣氣體凈化控制裝置的特征在于，具有: 檢測單元，其對從配置在上游側的第I催化劑流出的排氣氣體的空燃比或濃/稀進行檢測； 推定單元，其對所述第I催化劑及所述第2催化劑的氧吸附量進行推定； 濃空燃比化控制單元，其在推定所述第I催化劑及所述第2催化劑的氧吸附量大于或等于規(guī)定值的情況下，暫時改變噴射燃料的濃稀程度，從而進行濃空燃比化， 所述濃空燃比化控制單元，在開始所述濃空燃比化后，將所述噴射燃料的濃稀程度設定為與理論配比相比較大的第I濃稀程度，在所述檢測單元的輸出達到理論配比的空燃比或濃/稀值后，也維持所述第I濃稀程度。
2.根據權利要求1所述的內燃機的排氣氣體凈化控制裝置， 所述濃空燃比化控制單元， 直至所述第2催化劑的氧吸附量小于或等于目標氧吸附量為止，維持所述第I濃稀程度， 如果所述第2催化劑的氧吸附量小于或等于目標氧吸附量，則將濃稀程度設定為與所述第I濃稀程度相比較小的第2濃稀程度。
3.根據權利要求1所述的內燃機的排氣氣體凈化控制裝置， 所述濃空燃比化控制單元， 直至所述第2催化劑的氧吸附量成為與存在于該第2催化劑上游側的排氣通路中的還原劑彼此正好地反應的量為止，維持所述第I濃稀程度， 如果所述第2催化劑的氧吸附量成為與所述還原劑彼此正好地反應的量，則將濃稀程度設定為與所述第I濃稀程度相比較小的第2濃稀程度。
【文檔編號】F02D41/04GK103502612SQ201280019288
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月24日 優(yōu)先權日:2011年4月22日
【發(fā)明者】佐藤健一, 高橋秀明, 天內將 申請人:日產自動車株式會社