(57)【要約】【課題】排気性能を向上させる。【解決手段】排気通路３１と、排気の排熱を回収する排熱回収器２２１と、ＨＣ脱離温度に達するまではＨＣを吸着し、ＨＣ脱離温度に達したら吸着していたＨＣを脱離して浄化する第１触媒３１１と、活性温度に達したらＨＣを浄化する第２触媒３１２と、を備える内燃機関１の排気制御装置１００であって、第１触媒３１１がＨＣ脱離温度に達し、第２触媒３１２が活性温度に達したときは、排熱回収器２１１による排熱回収量を制御する排熱回収量制御手段（Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５５）を備えることを特徴とする。【選択図】図３
2011001876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気が流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられ、排気の排熱を回収する排熱回収器と、
前記排熱回収器よりも下流の前記排気通路に設けられ、ＨＣ脱離温度に達するまではＨＣを吸着し、ＨＣ脱離温度に達したら吸着していたＨＣを脱離して浄化する第１触媒と、
前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、活性温度に達したらＨＣを浄化する第２触媒と、
を備える内燃機関の排気制御装置であって、
前記第１触媒がＨＣ脱離温度に達し、前記第２触媒が活性温度に達したときに、前記排熱回収器による排熱回収量を制御する排熱回収量制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
通路途中に前記排熱回収器が設けられ、前記内燃機関を冷却する冷却水が循環する冷却水循環通路と、
前記冷却水循環通路に設けられ、前記冷却水循環通路を循環する冷却水の流量を制御する流量制御器と、を備え、
前記排熱回収量制御手段は、
前記冷却水循環通路を循環する冷却水の流量を制御して排熱回収量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
前記排熱回収量制御手段は、
前記第１触媒からのＨＣ脱離速度が一定となるように排熱回収量を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の負荷が所定負荷以下の通常走行中のときに排熱回収量を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
前記排熱回収量制御手段は、
アイドル運転中は、前記第１触媒からのＨＣ脱離速度が低下するように排熱回収量を制御する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記排熱回収量制手段は、
前記内燃機関の負荷が所定負荷より大きい高負荷走行中は、前記第２触媒の活性度が高まるように排熱回収量を制御する
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項７】
排気が前記排熱回収器及び前記第１触媒を迂回して前記第２触媒に流入するように前記排気通路に設けられたバイパス通路と、
前記第１触媒がＨＣ脱離温度に達し、前記第２触媒が活性温度に達したときは、前記排気通路を流れる排気の流量よりも前記バイパス通路を流れる排気の流量を少なくするよう前記バイパス通路に流れる排気の流量を制御するバイパス流量制御手段と、
を備えること特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の排気制御装置として、排気通路を第１通路と第２通路に分岐させ、第１通路に排気冷却促進部とハイドロカーボン（以下「ＨＣ」という）吸着材とを設け、第１通路と第２通路とを再度合流させた後の排気通路に三元触媒を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１４７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の内燃機関の排気制御装置では、排気冷却促進部によってＨＣ吸着材の昇温性を下げることはできるが、ＨＣ脱離時におけるＨＣの脱離速度を制御することができず、排気性能が低下するという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＨＣ脱離時におけるＨＣの脱離速度を制御して、排気性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、排気が流れる排気通路（３１）と、排気通路（３１）に設けられ、排気の排熱を回収する排熱回収器（２２１）と、排熱回収器（２２１）よりも下流の排気通路（３１）に設けられ、ＨＣ脱離温度に達するまではＨＣを吸着し、ＨＣ脱離温度に達したら吸着していたＨＣを脱離して浄化する第１触媒（３１１）と、第１触媒（３１１）よりも下流の排気通路（３１）に設けられ、活性温度に達したらＨＣを浄化する第２触媒（３１２）と、を備える内燃機関（１）の排気制御装置（１００）であって、第１触媒（３１１）がＨＣ脱離温度に達し、第２触媒（３１２）が活性温度に達したときに、排熱回収器（２１１）による排熱回収量を制御する排熱回収量制御手段（Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５５）を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排熱回収器による排熱回収量を制御するので、排熱回収器の下流に設けられた第１触媒に流入する排気の温度を制御できる。したがって、ＨＣ脱離時におけるＨＣの脱離速度を制御することができるので、排気性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態によるエンジンの排気制御装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態によるエンジンの排気制御について説明するフローチャートである。
【図３】排熱回収処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態によるエンジン１の排気制御装置１００の概略構成図である。
【００１２】
エンジン１の排気制御装置１００は、冷却装置２と、排気装置３と、コントローラ４と、を備える。
【００１３】
冷却装置２は、エンジン１の排熱を回収する冷却水を循環させる装置であり、第１循環通路２１と、第２循環通路２２と、を備える。
【００１４】
第１循環通路２１は、エンジン１の内部に形成されるウォータジャケットを流れた冷却水をラジエータ２１１に流して再びエンジン１に戻す通路である。本実施形態では説明の便宜上、冷却水がエンジン１から流出する側を上流とし、エンジン１に冷却水が流入する側を下流とする。
【００１５】
第１循環通路２１には、上流から順にラジエータ２１１と、サーモスタットバルブ２１２と、第１ウォータポンプ２１３と、が設けられる。また、第１循環通路２１には、ラジエータ２１１を迂回させて冷却水をエンジン１に戻すためのラジエータバイパス通路２１４が設けられる。
【００１６】
ラジエータ２１１は、内部に流入してきた冷却水を走行風によって冷却し、冷却水温度を低下させて排出する。
【００１７】
サーモスタットバルブ２１２は冷却水温度を検知して、第１循環通路２１を開閉する。エンジン始動時など、冷却水温度が所定温度より低い場合にはサーモスタットバルブ２１２は閉弁する。サーモスタットバルブ２１２が閉弁状態にあるときは、冷却水はラジエータ２１１を通らずにラジエータバイパス流路２１４を流れる。また、エンジン１が暖機されて冷却水が所定温度以上になると、サーモスタットバルブ２１２は開弁する。サーモスタットバルブ２１２が開弁状態にあるときは、冷却水はラジエータ２１１で冷却されてエンジン２に再び流入する。
【００１８】
第１ウォータポンプ２１３は、エンジン１によって駆動されて第１循環通路２１の冷却水を循環させる。
【００１９】
第２循環通路２２は、第１循環通路２１の途中から分岐し、エンジン１のウォータジャケットを流れた冷却水を排熱回収器２２１に流して再びエンジン１に戻す通路である。
【００２０】
第２循環通路２２には、上流から順に排熱回収器２２１と、第２ウォータポンプ２２２と、が設けられる。
【００２１】
排熱回収器２２１は、排熱回収器２２１を通過する排気と第２循環通路２２を循環する冷却水との間で熱交換を実施させる。
【００２２】
第２ウォータポンプ２２２は、電動モータによって駆動されて第２循環通路２２の冷却水を循環させる。第２ウォータポンプ２２２の吐出量は任意に変更可能であり、第２ウォータポンプ２２２の吐出量を制御することで排熱回収器２２１での排熱回収量を制御することができる。なお、ここでいう排熱回収量とは排気と冷却水との熱交換量のことであり、排熱回収量が多いときほど排熱回収器２２１を通過した排気の温度低下度合いが大きくなる。
【００２３】
排気装置３は、エンジン１から排出される排気中の有害物質を無害な物質に転換して低減させた上で外気に排出する装置であり、排気通路３１と、バイパス通路３２と、流路切替弁３３と、を備える。
【００２４】
排気通路３１には、上流から順に前述した排熱回収器２２１と、第１触媒３１１と、第２触媒３１２と、第１温度センサ３１３と、第２温度センサ３１４と、が設けられる。
【００２５】
第１触媒３１１は、触媒温度がＨＣ脱離温度（略１５０℃）未満のときにＨＣを吸着し、ＨＣ脱離温度以上のときＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、触媒温度が活性温度（略３００℃）以上になると活性化してＨＣを酸化する三元触媒と、を組み合わせたＨＣトラップ触媒である。ＨＣ吸着材は触媒担体の表面に坦持させられており、三元触媒はＨＣ吸着材の表面に坦持させられている。このような構成とすることで、まず表層の三元触媒が排気によって暖められた後に下層のＨＣ吸着材が暖められることになる。これにより、第１触媒３１１は、触媒温度が低いときはＨＣを吸着し、触媒温度が高くなっていくと吸着したＨＣを脱離しながら二酸化炭素及び水に酸化することができる。
【００２６】
第２触媒３１２は、触媒温度が活性温度以上になると活性化してＨＣを酸化する三元触媒である。
【００２７】
第１温度センサ３１３は、第１触媒３１１に設けられ、第１触媒３１１の内部温度を検出する。
【００２８】
第２温度センサ３１４は、第２触媒３１２に設けられ、第２触媒３１２の内部温度を検出する。
【００２９】
バイパス通路３２は、エンジン１から排出された排気を、排熱回収器２２１及び第１触媒３１１を迂回させて第２触媒３１２に流入させる通路である。バイパス通路３２は、排熱回収器２２１よりも上流側の排気通路３１から分岐して、第１触媒３１１と第２触媒３１２との間の排気通路３１に合流する。
【００３０】
流路切替弁３３は、排気通路３１とバイパス通路３２との分岐部に設けられ、エンジン１から排出された排気を排気通路３１に流入させるのか、バイパス通路３２に流入させるのかを切り替える。
【００３１】
コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４には、第１温度センサ３１３及び第２温度センサ３１４の他にも、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ４１などのエンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。そして、検出したエンジン１の運転状態に応じて第２ウォータポンプ２２２及び流路切替弁３３を制御して、排気装置３の排気性能を向上させる。以下、このエンジン１の運転状態に応じた排気制御について説明する。
【００３２】
図２は、本実施形態によるエンジン１の排気制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンをエンジン１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
【００３３】
ステップＳ１において、コントローラ４は、第１触媒３１１のＨＣ吸着材がＨＣを吸着中であるか否かを判定する。具体的には、第１温度センサ３１３で検出した温度が、第１触媒のＨＣ吸着材がＨＣ脱離温度に達したと判定できる第１所定温度未満か否かを判定する。コントローラ４は、第１触媒３１１のＨＣ吸着材がＨＣ吸着中であると判定したときは、ステップＳ２に処理を移行する。一方で、第１触媒３１１のＨＣ吸着材がＨＣを脱離していると判定したときは、ステップＳ３に処理を移行する。
【００３４】
ステップＳ２において、コントローラ４は、エンジン１から排出された排気が排気通路３１を流れるように、流路切替弁３３を制御する。
【００３５】
ステップＳ３において、コントローラ４は、第２触媒３１２が活性化しているか否かを判定する。具体的には、第２温度センサ３１４で検出した温度が、第２触媒が活性温度に達したと判定できる第２所定温度以上か否かを判定する。コントローラ４は、第２触媒３１２が活性化していると判定したときは、ステップＳ４に処理を移行する。一方で、第２触媒３１２が活性化していないと判定したときは、ステップＳ６に処理を移行する。
【００３６】
ステップＳ４において、コントローラ４は、エンジン１から排出された排気が排気通路３１を流れるように、流路切替弁３３を制御する。
【００３７】
ステップＳ５において、コントローラ４は、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を制御して排熱回収量を制御する排熱回収処理を実施する。具体的な内容については図３を参照して後述する。
【００３８】
ステップＳ６において、コントローラ４は、エンジン１から排出された排気がバイパス通路３２を流れるように、流路切替弁３３を制御する。
【００３９】
図３は、排熱回収処理について説明するフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ５１において、コントローラ４は、アイドル中か否かを判定する。具体的には、アイドルスイッチがオンになっているか否かを判定する。なお、アイドルスイッチは、アクセルペダル踏み込み量がゼロのときにオンになり、アクセルペダルが踏み込まれるとオフになるスイッチである。コントローラ４は、アイドル中であればステップＳ５２に処理を移行する。一方で、アイドル中でなければステップＳ５３に処理を移行する。
【００４１】
ステップＳ５２において、コントローラ４は、電動ウォータポンプの吐出流量を固定して、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を第１流量に固定する。
【００４２】
ステップＳ５３において、コントローラ４は、通常走行中か高負荷運転中かを判定する。具体的には、エンジン負荷が所定負荷以下か否かを判定する。コントローラ４は、エンジン負荷が所定負荷以下であれば通常走行中であると判定してステップＳ５４に処理を移行する。一方で、エンジン負荷が所定負荷より大きければ高負荷運転中であると判定してステップＳ５５に処理を移行する。
【００４３】
ステップＳ５４において、コントローラ４は、電動ウォータポンプの吐出流量をエンジン負荷に応じて変更させて、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を第２流量から第３流量までの間で変化させる（第２流量＜第３流量）。電動ウォータポンプの吐出流量は、エンジン負荷が所定負荷になったときに第３流量となるように制御され、エンジン負荷が小さくなるにつれて吐出流量を少なくしていき、最終的に第２流量となるように制御される。なお、第２流量は第１流量よりも少なく、第３流量は第１流量よりも多い（第２流量＜第１流量＜第３流量）。
【００４４】
ステップＳ５５において、コントローラ４は、電動ウォータポンプの吐出流量を固定して、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を第４流量に固定する。第４流量は、第１流量よりも多く、第３流量よりも少ない（第２流量＜第１流量＜第４流量＜第３流量）。
【００４５】
次に本実施形態によるエンジン１の排気制御の作用効果について説明する。なお、図２及び図３のフローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
【００４６】
エンジン１が始動されると、コントローラ４はまず第１触媒３１１及び第２触媒３１２の触媒温度を検出する。そしてエンジン始動直後など、第１触媒３１１の触媒温度が第１所定温度未満のときは（Ｓ１でＹｅｓ）、流路切替弁３３を排気通路３１側に切り替える（Ｓ２）。これにより、第１触媒３１１のＨＣ吸着材によって排気中のＨＣをトラップして排気性能を向上させることができる。
【００４７】
また、エンジン１を始動してからしばらく経過して第１触媒３１１の触媒温度が第１所定温度以上になったときは（Ｓ１でＮｏ、Ｓ３でＮｏ）、第２触媒３１２の活性化を促進させるために、流路切替弁３３をバイパス通路３２側に切り替える（Ｓ６）。その後、第２触媒３１２が活性化したら（Ｓ１でＮｏ、Ｓ３でＹｅｓ）、流路切替弁３３を再び排気通路３１側に切り替えるとともに（Ｓ４）、以下のようにして運転状態に応じて排熱回収器２２１による排熱回収を実施して排気性能を向上させる（Ｓ５）。
【００４８】
まず通常走行中の排熱回収処理について説明する（Ｓ５１でＮｏ、Ｓ５３でＹｅｓ、Ｓ５４）。
【００４９】
通常走行中であれば、エンジン負荷が小さいときには第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を少なくし、エンジン負荷が大きくなるにつれて第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を多くする。つまり、排気流量（熱量）の少ないときには第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を少なくし、排気流量が増加するにつれて第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を多くする。
【００５０】
これにより、排熱回収器２２１の下流に設けられた第１触媒３１１に流入する排気の温度を所定温度に維持することができるので、第１触媒３１１のＨＣ吸着材から脱離するＨＣの単位時間当たりの脱離量（脱離速度）を一定に維持することができる。つまり、第１触媒３１１の三元触媒の活性化を促進しつつ、第１触媒３１１及び第２触媒３１２の三元触媒に供給されるＨＣの量を適切な量にすることができる。そのため、酸化しきれないほどの多量のＨＣが第１触媒３１１及び第２触媒３１２の三元触媒に供給されて排気性能が低下するのを抑制できる。
【００５１】
次にアイドル中の排熱回収処理について説明する（Ｓ５１でＹｅｓ、Ｓ５２）。
【００５２】
アイドル中は、排気流量が通常走行中よりも少なくなるため、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を少なくしても第１触媒３１１の三元触媒の活性化の促進を図ることが難しく、第１触媒３１１においてＨＣの酸化が期待できない。
【００５３】
そこで、アイドル中であれば、通常走行中において比較的低い負荷で運転しているときよりも第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を多くすることで、排熱回収量を多くして、排熱回収器２２１の下流に設けられた第１触媒３１１に流入する排気の温度を低くする。これにより、第１触媒３１１のＨＣ吸着材から脱離するＨＣの単位時間当たりの脱離量を少なくすることができる。そのため、第１触媒３１１の三元触媒の活性度が低い状態のときに多量のＨＣが脱離してしまうのを抑制できる。
【００５４】
最後に高負荷走行中の排熱回収処理について説明する（Ｓ５１でＮｏ、Ｓ５３でＮｏ、Ｓ５５）。
【００５５】
高負荷走行中は、排気流量が通常走行中よりも多くなるため、第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を少なくしても、排熱回収器２２１の下流に設けられた第１触媒３１１に流入する排気の温度を所定温度に維持することが難しくなる。つまり、第１触媒３１１のＨＣ吸着材から脱離するＨＣの単位時間当たりの脱離量を一定に維持することが難しくなる。
【００５６】
そこで、高負荷走行中であれば、通常走行中において比較的高い負荷で運転しているときよりも第２循環通路２２を循環する冷却水の流量を少なくすることで、排熱回収量を少なくして、排熱回収器２２１の下流に設けられた第１触媒３１１に流入する排気の温度を高くする。これにより、第１触媒３１１の三元触媒の活性度を高めることができるので、第１触媒３１１でのＨＣの酸化を促進することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００５８】
例えば、上記の実施形態では、第１触媒３１１が第１所定温度未満のときには、全ての排気を排気通路３１に流していたが、排気通路３１を流れる排気の流量がバイパス通路３２を流れる排気の流量よりも多ければ問題ない。第２触媒３１２が第２所定温度以上のときも同様である。
【００５９】
また、第２触媒３１２が第２所定温度未満のときは、全ての排気をバイパス通路３２に流していたが、排気通路３１を流れる排気の流量がバイパス通路３２を流れる排気の流量よりも少なければ問題ない。
【００６０】
さらに、第１触媒３１１及び第２触媒３１２の活性状態を温度センサ３１３，３１４によって検出したが、エンジン１の始動からの経過時間や排気総量などから推測しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１    エンジン（内燃機関）
２２    第２循環通路（冷却水循環通路）
３１    排気通路
３２    バイパス通路
２２１    排熱回収器
２２２    第２ウォータポンプ（流量制御器）
３１１    第１触媒
３１２    第２触媒
Ｓ２    バイパス流量制御手段
Ｓ４    バイパス流量制御手段
Ｓ６    バイパス流量制御手段
Ｓ５２    排熱回収量制御手段
Ｓ５４    排熱回収量制御手段
Ｓ５５    排熱回収量制御手段
【図１】
2011001876.tif 000003
【図２】
2011001876.tif 000004
【図３】
2011001876.tif 000005