(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関ＥＧの排気通路１２５に設けられた排気浄化触媒１２７と、前記排気通路の前記排気浄化触媒の上流側に設けられ、未燃ガスを吸着する吸着材１２７と、前記排気通路の前記吸着材の上流に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段１３５，１３６と、前記吸着材からの前記未燃ガスの脱離速度を検出する脱離速度検出手段１１３と、前記脱離速度検出手段により検出された脱離速度に応じて、前記酸素供給手段による前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を制御する制御手段１１と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路の前記排気浄化触媒の上流側に設けられ、未燃ガスを吸着する吸着材と、
前記排気通路の前記吸着材の上流に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、
前記吸着材からの前記未燃ガスの脱離速度を検出する脱離速度検出手段と、
前記脱離速度検出手段により検出された脱離速度に応じて、前記酸素供給手段による前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記検出された脱離速度が大きいほど前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を少なく制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記脱離速度検出手段は、前記排気通路を流れる排気ガスの流量を検出する排気流量検出手段を含み、
前記制御手段は、前記排気流量検出手段により検出された排気ガスの流量が大きいほど前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を少なく制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記脱離速度検出手段は、前記排気通路を流れる排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段を含み、
前記制御手段は、前記排気温度検出手段により検出された排気ガスの温度が高いほど前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を少なく制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記脱離速度検出手段は、前記排気通路を流れる排気ガスの流量と温度に基づく排気エネルギを検出する排気エネルギ検出手段を含み、
前記制御手段は、前記排気エネルギ検出手段により検出された排気エネルギが高いほど前記酸素含有ガスの供給量の増加割合を少なく制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気浄化触媒のほかに未燃ガスを吸着する吸着材を設けた排気浄化装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この排気浄化装置では、排気浄化触媒の活性化前においては吸着材に未燃ガスを吸着させる一方で、排気浄化触媒の活性化後においては吸着材に吸着された未燃ガスを脱離処理するとともに、２次空気を供給して排気浄化触媒により未燃ガスを浄化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７３６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の排気浄化装置では、未燃ガスの脱離量に基づいて求めた量の２次空気を全て吸着材に供給するので、供給初期において未燃ガスの脱離が促進され、排気浄化触媒の浄化率が低下するといった問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、排気浄化触媒の浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、吸着材から脱離する未燃ガスの脱離速度に応じて酸素含有ガスの供給量の増加割合を制御することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、未燃ガスの脱離速度に応じて酸素含有ガスの供給量の増加割合を変更するので、脱離速度が大きければ増加割合を小さくすることで未燃ガスの脱離の促進が抑制される。その結果、排気浄化触媒による未燃ガスの浄化率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図である。
【図２】図１のエンジンコントローラで実行される主たる制御手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態に係る排ガス量と脱離速度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る脱離速度と２次空気供給量の増加割合の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る２次空気供給量と時間の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る排ガス温度と脱離速度の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る排ガスエネルギと脱離速度の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る脱離速度と２次空気供給量の増加割合の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る２次空気供給量と時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態を適用したエンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
【００１２】
スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
【００１３】
また、コレクタ１１５から各気筒に分岐した吸気通路１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路（以下、燃料噴射ポートともいう）１１１ａ内に噴射する。なお、本例では、燃料噴射バルブ１１８を燃料噴射ポート１１１ａに臨ませることに代えて燃焼室１２３に臨ませ、当該燃焼室１２３に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴型燃料噴射とすることもできる。
【００１４】
シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。
【００１５】
一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
【００１６】
また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。本例の排気浄化触媒１２７は、炭化水素ＨＣなどの未燃ガスを吸着する結晶性多孔質アルミノケイ酸塩（いわゆるゼオライト）に三元触媒又は酸化触媒を担持させた触媒を用いている。ゼオライトなどから構成される吸着材は、低温領域において未燃ガスを物理吸着する一方で、たとえば１５０℃以上といった高温領域において吸着した未燃ガスが分子運動することにより吸着材から脱離する特性を有する。
【００１７】
一方、ゼオライトなどの吸着材に担持された三元触媒は、活性温度に達すると、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる。また、酸化触媒は、排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化する。
【００１８】
なお、本例では未燃ガスを吸着する吸着材と三元触媒又は酸化触媒とを一つの排気浄化触媒１２７として構成したが、吸着材と、三元触媒又は酸化触媒とを別の浄化装置として排気通路１２５に設けることもできる。その場合は、吸着材を上流側、三元触媒又は酸化触媒を下流側に設けるか、あるいは排気通路１２５のバイパス通路を設け、このバイパス通路に吸着材を設けるとともにバイパス通路の下流側の排気通路１２５に三元触媒又は酸化触媒を設けることが望ましい。
【００１９】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の上流側には、本発明に係る酸素含有ガスに相当する空気を排気浄化触媒１２７に供給するための空気圧送用電動ポンプ１３５と、この空気を排気通路１２５の排気浄化触媒１２７に向けて噴射する空気噴射ノズル１３６が設けられている。これら空気圧送用電動ポンプ１３５と空気噴射ノズル１３６は、排気浄化触媒１２７の吸着材から未燃ガスが脱離した場合における三元触媒又は酸化触媒による酸化力をアシストするための酸素含有ガス、すなわち空気を供給するものである。空気圧送用電動ポンプ１３５は、エンジンコントローラ１１からの指令信号によりポンプ１３５に対する印加電圧が制御され、圧送される空気量が調整される。その動作については後述する。
【００２０】
排気通路１２５には、排気浄化触媒１２７の温度を検出する温度センサ１３４が設けられ、その出力はエンジンコントロールユニット１１へ送出される。排気浄化触媒１２７の温度は、上述したゼオライトなどの吸着材が、図６に示すような温度に応じた脱離速度特性を有するのでこれを検出するために用いられる。
【００２１】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで良い場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。
【００２２】
なお、図１において１２９はマフラである。
【００２３】
エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。
【００２４】
エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
【００２５】
次に、本例の排気浄化触媒１２７に内蔵されたゼオライトなどから構成される吸着材の特性と、これを考慮した空気圧送用電動ポンプ１３５の制御手順について、図２〜図５を参照しながら説明する。
【００２６】
図２はエンジンコントローラ１１で実行される主たる制御手順を示すフローチャート、図３は吸着材の排ガス量と脱離速度の関係を示すグラフ、図４は本実施の形態で設定される脱離速度と２次空気供給量の増加割合の関係を示すグラフ、図５は本実施の形態で空気圧送用電動ポンプ１３５に対して実行される２次空気供給量と時間の関係を示すグラフである。
【００２７】
この種の吸着材は、たとえば１５０℃といった脱離温度より低温領域では、炭化水素ＨＣなどの未燃ガスを吸着捕捉する。したがって、エンジンＥＧが冷機状態にあり、排気浄化触媒１２７の三元触媒や酸化触媒が活性温度に達していない場合でも未燃ガスを捕捉することができる。
【００２８】
一方、エンジンＥＧを始動してから排気浄化触媒１２７の吸着材がたとえば１５０℃以上の脱離温度に達すると、当該吸着作用は物理的吸着であることから、図３に示すように吸着材を通過する排気ガス量の増加に比例して未燃ガスの脱離速度も増加する特性を有する。吸着材を通過する排気ガス量は、図１に示すエアフローメータ１１３により検出される吸気量とみなせることから、当該エアフローメータ１１３の出力信号に基づいて吸着材を通過する排気ガス量を検出することができる。
【００２９】
ここで、吸着材における未燃ガスの脱離速度が大きいと、三元触媒又は酸化触媒にて酸化処理すべき単位時間当たりの能力も大きくなるが、空気圧送用電動ポンプ１３５によって空気噴射ノズル１３６から２次空気を供給すると、この供給量分だけさらに未燃ガスの脱離速度が増加する。
【００３０】
このため、図３に示すように、排気ガス量が相対的に大きいＶ２である場合は、図４に示すように空気圧送用電動ポンプ１３５による空気供給量の増加割合を相対的に小さい値θ２に設定する。
【００３１】
この空気供給量の増加割合θとは、図５に示すように空気圧送用電動ポンプ１３５により空気を供給し始める際の立ち上り速度θ１，θ２（単位時間当たりの供給量）を意味し、空気供給量の増加割合θが大きければ大きいほど急激に空気を供給することになる。
【００３２】
したがって、図３に示すように排気ガス量Ｖ２が相対的に大きくて脱離速度ｖ２が相対的に大きい場合は、図４に示すように空気供給量の増加割合θ２を相対的に小さい値に設定し、図５に示すように目標とする空気供給量に達するまでの立ち上り速度θ２を相対的に小さく（緩慢に）する。これにより、２次空気の供給により吸着材の脱離速度が加速されることが抑制され、三元触媒又は酸化触媒による浄化効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
以上の手順を図２のフローチャートで説明する。
【００３４】
温度センサ１３４により排気浄化触媒１２７の温度を検出することにより、吸着材の脱離温度に達したと判定されると、２次空気の供給制御が開始される。ステップＳ１では、エアフローメータ１１３により検出される吸入空気量に基づいて排気ガス量Ｖ１，Ｖ２を検出する。
【００３５】
ステップＳ２では、ステップＳ１で検出された排気ガス量Ｖ１，Ｖ２と図３に示す吸着材の特性とに基づいて吸着材からの未燃ガスの脱離速度ｖ１，ｖ２を演算する。続くステップＳ３では、ステップＳ２で演算された脱離速度ｖ１，ｖ２と、予め設定された図４の制御特性図に基づいて空気圧送用電動ポンプ１３５により供給される空気供給量の増加割合θ１，θ２を演算する。
【００３６】
そして、ステップＳ４では、ステップＳ３で演算された空気供給量の増加割合θ１，θ２に基づいて空気圧送用電動ポンプ１３５に印加する電圧を制御し、図５に示すような目標量Ｑに至る立ち上り速度とする。
【００３７】
なお、図５に示す空気の供給量の目標値は、吸着材からの未燃ガスの脱離量と三元触媒又は酸化触媒の酸化能力とに基づいて求めることができる。
【００３８】
上述した実施の形態では、吸着材の脱離速度を排気ガス量に基づいて求めるように構成したが、この種の吸着材の脱離温度は、図６に示すように吸着材を通過する排気ガス温度に対しても相関関係を有するのでこの特性を利用した制御を実行することもできる。
【００３９】
すなわち、同図に示すように吸着材から未燃ガスが脱離する脱離温度をＴ１とすると、温度Ｔ１以上の領域においては排気ガス温度が増加するとこれに比例して未燃ガスの脱離速度も増加する。
【００４０】
ここで、図３の排気ガス量と図６の排気ガス温度との積を排気ガスエネルギと定義すると、図３及び図６から、排気ガスエネルギに対する脱離速度は図７のような特性となる。図７の排気ガスエネルギＥ１が図６の排気ガス温度Ｔ１に対応する値である。
【００４１】
そして、図７の特性図に基づいて脱離速度に対する空気供給量の増加割合θを図８のように設定することにより、上述した図３〜図５の実施形態と同様に、排気ガスエネルギが相対的に大きい値Ｅ２である場合は、図８に示すように空気供給量の増加割合を相対的に小さい値θ２に設定し、このθ２により空気圧送用電動ポンプ１３５を制御して、図９に示すように空気供給の立ち上がり速度を小さくする。
【００４２】
これにより、２次空気の供給により吸着材の脱離速度が加速されることが抑制され、三元触媒又は酸化触媒による浄化効率の低下を抑制することができる。
【００４３】
なお、上述した実施形態の排気浄化触媒１２７が本発明に係る排気浄化触媒に相当し、同じく排気浄化触媒１２７が本発明に係る吸着材に相当し、空気圧送用電動ポンプ１３５及び空気噴射ノズル１３６が本発明に係る酸素供給手段に相当し、エアフローメータ１１３、温度センサ１３４が本発明に係る脱離速度検出手段、排気エネルギ検出手段に相当し（このうちエアフローメータ１１３が排気流量検出手段、温度センサ１３４が排気温度検出手段にそれぞれ相当する）、エンジンコントロールユニット１１が本発明に係る制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００４４】
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１，１１１ａ…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
１３４…温度センサ
１３５…空気圧送用電動ポンプ
１３６…空気噴射ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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