(57)【要約】【課題】本発明は、酸化能を有する触媒を含む内燃機関の排気浄化装置において、触媒に吸着していた重質ＨＣの酸化反応熱に起因する、触媒の過昇温を抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、且つ酸化能を有する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関回転速度と燃料噴射量とをパラメータとして、前記触媒に吸着される炭化水素のうち、その炭化水素の蒸発温度が該炭化水素の酸化温度以上となる炭化水素である重質ＨＣの吸着量を演算する。そして、重質ＨＣ吸着量が所定吸着量以上となったときに、前記触媒の温度を、重質ＨＣの蒸発温度以上まで上昇させることで、該触媒に吸着されている重質ＨＣを除去する処理を実行する。【選択図】図４
2018062875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、酸化能を有する触媒と、
前記内燃機関の回転速度と燃料噴射量とをパラメータとして、前記触媒に吸着される炭化水素のうち、その炭化水素の蒸発温度が該炭化水素の酸化温度以上となる炭化水素である重質ＨＣの吸着量を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出される重質ＨＣの吸着量が、前記触媒に吸着されている重質ＨＣが一斉に蒸発及び酸化されると想定した場合に前記触媒の到達し得る温度の最高値が所定の上限温度以下に収まるように定められた所定吸着量以上となったときに、前記触媒の温度を、重質ＨＣの蒸発温度以上まで上昇させて、該触媒に吸着されている重質ＨＣを除去する処理を実行する処理手段と、
を備える、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し、特に、酸化能を有する触媒を含む排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置として、内燃機関の排気通路に配置され、且つ酸化能を有する触媒を含むものが知られている。ここで、内燃機関の排気には、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）が含まれている。排気に含まれるＳＯＦは、触媒の温度が低いときは酸化されることなく触媒に吸着する。触媒に吸着したＳＯＦは、触媒の温度が高くなったときに蒸発して、排気中の酸素と反応せしめられる。しかしながら、触媒に吸着していたＳＯＦが蒸発した際に、十分な量の酸素が排気に含まれていなければ、蒸発したＳＯＦが燃焼することなく触媒から排出され、白煙として大気中へ排出される。
【０００３】
上記した問題に対し、従来では、触媒に吸着しているＳＯＦにより白煙が発生する可能性があるか否かを判断して、白煙が発生する可能性があると判断されたときには、白煙の発生を抑制すべく、内燃機関から排出される空気量を増大させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０２３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関から排出されるＳＯＦには、炭化水素（ＨＣ）が含まれるが、その炭化水素（ＨＣ）の特性は一様ではない。例えば、内燃機関から排出されるＳＯＦには、その蒸発温度が酸化温度より高くなる特性を持つＨＣ（以下、このような特性を持つＨＣを「重質ＨＣ」と称する）が含まれる。触媒に吸着された重質ＨＣは、触媒の温度が該重質ＨＣの蒸発温度に達したときに蒸発する。重質ＨＣが蒸発する時点では、触媒の温度が重質ＨＣの酸化温度以上になっているため、蒸発した重質ＨＣが直ちに酸化されることになる。よって、重質ＨＣの触媒への吸着量が多くなると、触媒の温度が重質ＨＣの蒸発温度以上へ上昇したときに、触媒に吸着していた多量の重質ＨＣが急速に酸化され、その酸化反応熱によって触媒が過昇温する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化能を有する触媒を含む内燃機関の排気浄化装置において、触媒に吸着していた重質ＨＣの酸化反応熱に起因する、触媒の過昇温を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、酸化能を有する触媒と、前記内燃機関の回転速度と燃料噴射量とをパラメータとして、前記触媒に吸着されている重質ＨＣの量を演算する演算手段と、前記演算手段により算出される重質ＨＣの吸着量が所定吸着量以上となったときに、前記触媒の温度を、重質ＨＣの蒸発温度以上まで上昇させて、該触媒に吸着されている重質ＨＣを除去する処理を実行する処理手段と、を備えるようにした。なお、ここでいう「重質ＨＣ」は、触媒に吸着されるＨＣのうち、そのＨＣの蒸発する温度である蒸発温度が該ＨＣの酸化される温度である酸化温度以上とな
るＨＣであり、例えば、炭素数が１７以上の炭化水素である。また、ここでいう「所定吸着量」は、前記触媒から排気によって持ち去れる熱量が最も少なくなる状態（例えば、前記触媒を通過する排気の流量が最も少なくなる状態）で、前記触媒に吸着されている重質ＨＣが一斉に蒸発及び酸化される状況を想定した場合に、前記触媒の到達し得る温度の最高値が所定の上限温度以下に収まる吸着量の上限値から所定のマージンを差し引いた量である。なお、「所定の上限温度」は、前記触媒の熱劣化等の不具合を招くと考えられる温度の最低値からマージンを差し引いた温度である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、酸化能を有する触媒を含む内燃機関の排気浄化装置において、触媒に吸着していた重質ＨＣの酸化反応熱に起因する、触媒の過昇温を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用する内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】炭化水素（ＨＣ）の重質度合に対する、蒸発温度と酸化温度との相関を示す図である。
【図３】重質ＨＣの吸着量と触媒の到達温度との相関を示す図である。
【図４】ＨＣ除去処理が行われる際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】重質ＨＣの排出濃度Ｃｈｃを求めるためのマップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
図１は、本発明を適用する内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。なお、図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であり、図示しない気筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０を備えている。
【００１２】
内燃機関１は、吸気通路２と接続されている。吸気通路２は、大気中から取り込まれた空気を内燃機関１へ導くための通路である。吸気通路２の途中には、該吸気通路２を流れる空気量を調整するためのスロットル弁２０と、該吸気通路２を介して内燃機関１に吸入される空気量を測定するためのエアフローメータ２１とが設けられている。
【００１３】
内燃機関１は、排気通路３と接続されている。排気通路３は、内燃機関１から排出される排気を後述する触媒３０や図示しない消音器等を経由させた後に大気中へ排出させるための通路である。排気通路３の途中には、三元触媒やＮＯＸ吸蔵還元型触媒等のように、酸化能を有する触媒３０が設けられている。触媒３０より下流の排気通路３には、該触媒３０から流出する排気の温度を測定するための排気温度センサ３１が設けられている。
【００１４】
上記したように構成される内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４が
併設されている。ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ４は、前述したエアフローメータ２１や排気温度センサ３１に加え、クランクポジションセンサ５やアクセルポジションセンサ６等の各種センサと電気的に接続され、それらセンサの出力信号がＥＣＵ４へ入力されるようになっている。クランクポジションセンサ５は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転角度に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ６は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するセンサである。また、ＥＣＵ４は、前述した燃料噴射弁１０やスロットル弁２０等の各種機器と電気的に
接続され、上記した各種センサの出力信号に基づいてそれらの機器を制御する。
【００１５】
例えば、ＥＣＵ４は、クランクポジションセンサ５の出力信号から演算される機関回転速度と、アクセルポジションセンサ６の出力信号から演算される機関負荷と、をパラメータとして、目標燃料噴射量や目標噴射時期を演算し、それら目標燃料噴射量と目標噴射時期とに従って燃料噴射弁１０を制御する。また、ＥＣＵ４は、機関回転速度や機関負荷等をパラメータとして、スロットル弁２０の目標開度を演算し、その目標開度に従ってスロットル弁２０を制御する。本実施形態におけるＥＣＵ４は、上記した既知の制御に加え、触媒３０の過昇温を抑制しつつ、該触媒３０に吸着している炭化水素（ＨＣ）を除去するためのＨＣ除去処理を実行する。以下、本実施形態におけるＨＣ除去処理の実行方法について述べる。
【００１６】
＜ＨＣ除去処理＞
内燃機関１の排気には、ＨＣを主成分とするＳＯＦが含まれる。ＳＯＦに含まれるＨＣは、触媒３０の温度が該ＨＣの蒸発温度より低いときに、触媒３０に吸着する。そして、触媒３０に吸着したＨＣは、触媒３０の温度が該ＨＣの蒸発温度以上に上昇することで蒸発する。その際、触媒の温度がＨＣの酸化温度より低ければ、蒸発したＨＣの大部分が排気中の酸素と反応することなく触媒３０から排出される。一方、触媒３０の温度がＨＣの酸化温度以上であって、且つ触媒３０の温度が該触媒３０の活性開始温度（触媒３０の酸化能が活性し始める温度）以上であれば、蒸発したＨＣの大部分が排気中の酸素と反応して酸化せしめられる。触媒３０に吸着していたＨＣが蒸発及び酸化されると、ＨＣの酸化反応熱によって触媒３０が加熱されるため、触媒３０の温度が上昇する。
【００１７】
ところで、ＳＯＦに含まれるＨＣの炭素数は一様ではない。そのため、ＳＯＦに含まれるＨＣの特性は、炭素数に応じて異なる。ここで、ＨＣの炭素数と、ＨＣが蒸発する温度（蒸発温度）と、ＨＣが酸化する温度（酸化温度）と、の相関を図２に示す。図２に示すように、炭素数が所定数Ｃ（例えば、およそ１６〜１７）より少ないＨＣは、その酸化温度が蒸発温度より高くなるのに対し、炭素数が所定数Ｃ以上となるＨＣは、その酸化温度が蒸発温度より低くなる。以下では、炭素数が所定数Ｃ未満のＨＣを軽質ＨＣと称し、炭素数が所定数Ｃ以上のＨＣを重質ＨＣと称する。
【００１８】
上記した軽質ＨＣが触媒３０に吸着している場合において、触媒３０の温度が軽質ＨＣの蒸発温度に達すると、触媒３０に吸着していた軽質ＨＣが蒸発する。軽質ＨＣの酸化温度は蒸発温度より高いため、触媒３０の温度が軽質ＨＣの蒸発温度に達した時点では、蒸発した軽質ＨＣの大部分が酸化されることなく、触媒３０から流出する。なお、蒸発した軽質ＨＣの一部の酸化に伴う反応熱により、触媒３０の温度が上昇する可能性があるが、軽質ＨＣの酸化温度が比較的低いため、軽質ＨＣの酸化反応熱によって触媒３０が過昇温する可能性は低い。
【００１９】
一方、上記した重質ＨＣが触媒３０に吸着している場合において、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度に達すると、触媒３０に吸着していた重質ＨＣが蒸発する。重質ＨＣの酸化温度は蒸発温度以下であるため、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度に達した時点で、触媒３０の酸化能が活性していれば、蒸発した重質ＨＣの大部分が直ちに酸化される。ここで、重質ＨＣの蒸発温度（約３００℃前後）は、自動車に用いられる酸化触媒の活性開始温度（約２００℃前後）より高い。そのため、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度に達した時点では、触媒３０の酸化能の少なくとも一部が活性している可能性が高い。よって、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度に達したときに、触媒３０から蒸発した重質ＨＣの大部分が直ちに酸化されて、その酸化反応熱によって触媒３０の温度が上昇する。ここで、触媒３０へ流入する排気の温度が重質ＨＣの蒸発温度以上へ上昇した場合に、触媒３０が到達し得る温度の最高値（到達温度）を図３に示す。図３中の横軸は、触媒３
０へ流入する排気の温度が重質ＨＣの蒸発温度以上になる直前における重質ＨＣの吸着量を示す。図３に示すように、触媒３０の到達温度は、重質ＨＣの吸着量が多くなるほど多くなる傾向がある。よって、重質ＨＣの吸着量が比較的多い状態において、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度以上に上昇すると、触媒３０に吸着していた重質ＨＣが急速に酸化されて、その酸化反応熱によって触媒３０が過昇温する可能性が高い。
【００２０】
そこで、本実施形態のＨＣ除去処理では、触媒３０に吸着している重質ＨＣの量を推定して、その推定量が所定吸着量に達したときに触媒３０の温度を重質ＨＣの蒸発温度以上に昇温させることで、触媒３０に吸着している重質ＨＣを除去するようにした。ここでいう所定吸着量は、触媒３０の温度が重質ＨＣの蒸発温度以上に達したときに、該触媒３０に吸着していた重質ＨＣが一斉に蒸発及び酸化される状況を想定した場合における、触媒３０の到達温度が所定の上限温度以下に収まる吸着量の上限値から所定のマージンを差し引いた量である。なお、触媒３０の到達温度は、触媒３０を流れる排気の流量が多い場合よりも少ない場合の方が高くなる。これは、触媒３０を流れる排気の流量が少ない場合は多い場合に比べ、単位時間あたりに触媒３０から排気へ放熱される熱量が少なくなるためである。よって、前記所定吸着量は、触媒３０を流れる排気の流量が最も少なくなる状態（例えば、内燃機関１がアイドル運転される状態）を想定して定められるものとする。また、前記所定の上限温度は、触媒３０の熱劣化等の不具合を招くと考えられる温度の最低値からマージンを差し引いた温度である。上記したように定められた所定吸着量を用いてＨＣ除去処理が行われると、触媒３０の過昇温を抑制しつつ、該触媒３０に吸着している重質ＨＣを除去することができる。
【００２１】
以下、本実施例におけるＨＣ除去処理の実行手順について、図４に沿って説明する。図４は、ＨＣ除去処理が行われる際にＥＣＵ４によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ４のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転中において所定の周期でＥＣＵ４が繰り返し実行する処理ルーチンである。
【００２２】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ４は、先ずＳ１０１の処理において触媒３０の温度（触媒温度）を取得する。触媒温度は、触媒３０から流出する排気の温度と相関するため、そのような相関を踏まえ、排気温度センサ３１の測定値をパラメータとして触媒温度を推定することができる。
【００２３】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０１の処理で取得された触媒温度が重質ＨＣの蒸発温度Ｔｈｃ未満であるか否かを判別する。ここで、触媒温度が重質ＨＣの蒸発温度Ｔｈｃ以上であれば、重質ＨＣが触媒３０に吸着されないことになる。そのため、Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ４は、後述するＳ１０８の処理において重質ＨＣの吸着量Ａを０に設定して、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、触媒温度が重質ＨＣの蒸発温度Ｔｈｃ未満であれば、重質ＨＣが触媒３０に吸着されることになる。そのため、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ４は、Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理において、重質ＨＣの吸着量Ａを演算する。
【００２４】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ４は、内燃機関１の排気に含まれる重質ＨＣの濃度（排出濃）Ｃｈｃを演算する。重質ＨＣの排出濃度Ｃｈｃは、燃料噴射弁１０からの燃料噴射量と機関回転速度とに相関するため、それらの相関を予め実験やシミュレーションの結果に基づいて求めておき、燃料噴射量と機関回転速度とを引数とするマップを設定しておくものとする。その際のマップは、例えば、図５に示すように、燃料噴射量が比較的少なく、且つ機関回転速度が比較的低い領域（図５中の領域Ｒ）から離間するほど、重質ＨＣの排出濃度Ｃｈｃが高くなるように設定される。そして、ＥＣＵ４は、機関回転速度と燃料噴射量とを引数として、図５に示すようなマップにアクセスすることで、重質ＨＣの排出濃度Ｃｈｃを演算する。
【００２５】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０３の処理で算出された排出濃度Ｃｈｃに基づいて、内燃機関１から単位時間あたりに排出される重質ＨＣの量ΔＡを演算する。詳細には、ＥＣＵ４は、エアフローメータ２１により測定される吸入空気量と燃料噴射量とを加算することで、内燃機関１から排出される排気の流量を演算する。続いて、ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０３の処理で算出された排出濃度Ｃｈｃに、内燃機関１から排出される排気の流量を乗算することで、内燃機関１から単位時間あたりに排出される重質ＨＣの量ΔＡを演算する。
【００２６】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０４の処理で算出された、内燃機関１から単位時間あたりに排出される重質ＨＣの量ΔＡを、重質ＨＣの吸着量の前回値Ａｏｌｄに加算することにより、触媒３０の重質ＨＣ吸着量Ａを演算する。この演算方法では、内燃機関１から排出される重質ＨＣの全てが触媒３０に吸着されるとみなして重質ＨＣ吸着量Ａを演算しているが、実際には内燃機関１から排出される重質ＨＣの一部が触媒３０をすり抜ける可能性がある。しかしながら、重質ＨＣ吸着量Ａを実際よりも多めに見積もることで、後述する昇温処理が実行された際に触媒３０が到達し得る温度をより低く抑えることができるという利点がある。なお、排気流量や重質ＨＣ吸着量の前回値ΔＡ等を考慮して、重質ＨＣの吸着率（触媒３０へ流入する重質ＨＣの量に対して、触媒３０に吸着する重質ＨＣの量の比率）を求めて、その吸着率を前記ΔＡに乗算することで、単位時間あたりに触媒３０に吸着される重質ＨＣの量をより精度良く求めるようにしてもよい。その場合は、後述する所定吸着量Ａｔｈｒｅをより少なめの量に設定することで、後述する昇温処理が実行された際の触媒３０の過昇温に対する安全マージンを確保するようにしてもよい。
【００２７】
ここで、ＥＣＵ４が前記Ｓ１０１〜前記Ｓ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる「演算手段」が実現される。
【００２８】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０５の処理で演算された重質ＨＣ吸着量Ａが所定吸着量Ａｔｈｒｅ以上であるか否かを判別する。所定吸着量Ａｔｈｒｅは、前述したように、排気流量が最も少なくなる状態で、触媒温度が蒸発温度Ｔｈｃ以上に達したときに、触媒３０に吸着していた重質ＨＣが一斉に蒸発及び酸化されても、該触媒３０の到達温度が所定の上限温度以下に収まる吸着量の上限値から所定のマージンを差し引いた量である。Ｓ１０６の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ４は、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。その場合、本処理ルーチンの次回以降の実行時において、重質ＨＣ吸着量Ａが所定吸着量Ａｔｈｒｅ以上に達していれば、該Ｓ１０６において肯定判定される。そして、該Ｓ１０６の処理において肯定判定されると、ＥＣＵ４は、Ｓ１０７の処理へ進む。
【００２９】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ４は、触媒温度を蒸発温度Ｔｈｃ以上まで上昇させるための処理（昇温処理）を所定期間実行する。昇温処理の具体的な実行方法としては、膨張行程における機関出力に寄与しないタイミングで燃料噴射弁１０から燃料を噴射させることで排気温度を上昇させる方法や、排気行程中の燃料噴射弁１０から燃料を噴射させて、その噴射燃料を触媒３０で酸化させることで触媒３０の温度を上昇させる方法等を用いることができる。また、ここでいう所定期間は、触媒温度が蒸発温度Ｔｈｃ以上に達してから、重質ＨＣ吸着量Ａに相当する量の重質ＨＣが蒸発しきるまでに要する期間である。重質ＨＣ吸着量Ａと所定期間との相関は、予め実験やシミュレーションの結果に基づいて定めておくものとする。このような方法によって昇温処理が実行されると、触媒３０に吸着していた重質ＨＣが蒸発及び酸化される。その際、重質ＨＣの酸化反応熱によって触媒３０の温度が上昇することになるが、その酸化反応熱によって触媒３０が到達する温度は前述の所定の上限温度以下に抑制される。よって、触媒３０が該触媒３０の熱劣化等を招く温
度まで過昇温することを抑制しつつ、該触媒３０に吸着している重質ＨＣを除去することができる。
【００３０】
ここで、ＥＣＵ４が前記Ｓ１０７〜前記Ｓ１０８の処理を実行することにより、本発明に係わる「処理手段」が実現される。
【００３１】
ＥＣＵ４は、前記Ｓ１０７の処理を実行し終えると、Ｓ１０８の処理へ進み、重質ＨＣ吸着量Ａを０にリセットする。
【００３２】
以上述べた手順によりＨＣ除去処理が適宜に実行されると、ＨＣ除去処理が実行されていないときに触媒温度が重質ＨＣの蒸発温度以上まで上昇するような機関運転が為されることで、触媒３０に吸着していた重質ＨＣの酸化反応が発生しても、その酸化反応熱に起因して触媒３０が過昇温することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    内燃機関
２    吸気通路
３    排気通路
４    ＥＣＵ
１０  燃料噴射弁
２０  スロットル弁
２１  エアフローメータ
３０  触媒
３１  排気温度センサ
【図１】
2018062875.tif 000003
【図２】
2018062875.tif 000004
【図３】
2018062875.tif 000005
【図４】
2018062875.tif 000006
【図５】
2018062875.tif 000007