(57)【要約】【課題】本発明は、排気浄化装置の温度を活性温度以上まで昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の使用環境などによって活性温度が変化した場合であっても、変化後の活性温度に適した昇温処理を実行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た排気浄化装置を活性温度以上に昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の活性温度が初期値から変化した場合に、変化後の活性温度に応じて昇温処理実行時に用いられる温度パラメータの値を変更するようにした。【選択図】図４
2011185091.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た排気浄化装置を活性温度以上に昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記排気浄化装置の活性温度が変化した場合に、変化後の活性温度に応じて昇温処理実行時に用いられる温度パラメータの値を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、前記温度パラメータは、昇温処理実行時の目標となる排気浄化装置の温度を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記温度パラメータは、昇温処理の実行開始条件となる排気浄化装置の温度を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関し、特に触媒を含む排気浄化装置の暖機を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路には、排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化装置が配置されている。排気浄化装置としては、たとえば、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、或いは選択還元型ＮＯｘ触媒の少なくとも１つを含むもの、又は上記した触媒の何れかとパティキュレートフィルタを組み合わせたもの、などが知られている。
【０００３】
触媒は所定の活性温度（ライトオフ温度）以上であるときに活性するため、内燃機関が冷間始動された場合などは排気浄化装置を活性温度以上まで昇温させる昇温処理を行う技術が知られている（たとえば、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２００７−１６２５０１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１６８５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２４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、上記した活性温度は、排気浄化装置の使用環境によって変化する場合がある。たとえば、活性温度が初期値（排気浄化装置が新品状態にあるときの活性温度）より高くなった場合において、初期値を目標値として昇温処理が実行されると、排気浄化装置の温度（触媒床温）が実際の活性温度に到達しない可能性がある。そのような場合は、昇温処理実行中の排気エミッションが悪化したり、昇温処理実行後の排気エミッションが悪化したりする可能性がある。さらに、昇温処理に要するエネルギが有効に消費されない可能性もある。
【０００６】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化装置の温度を活性温度（ライトオフ温度）以上まで昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の使用環境などによって活性温度が変化した場合であっても、変化後の活性温度に適した昇温処理を実行することができる技術の提供にある。
【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、排気浄化装置の実際の活性温度（実活性温度）を取得し、実活性温度に応じて昇温処理の実行条件を変更するようにした。
【０００８】
詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置を活性温度以上に昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記排気浄化装置の活性温度が変化した場合に、変化後の活性温度に応じて昇温処理実行時に用いられる温度パラメータの値を変更するようにした。
【０００９】
ここでいう「温度パラメータ」は、少なくとも昇温処理実行時に用いられる排気浄化装置の目標温度を含む。なお、排気浄化装置の酸化能力を利用した昇温処理（燃料などを排
気浄化装置で酸化させた際に発生する反応熱により排気浄化装置を昇温させる処理）が行われる場合には、排気浄化装置の少なくとも一部の酸化能力が活性した後に昇温処理を行う必要がある。このため、前記した「温度パラメータ」には、昇温処理を開始するときの排気浄化装置の温度（酸化能力が活性する温度）が含まれるようにしてもよい。
【００１０】
かかる発明によれば、排気浄化装置の活性温度が変化した場合に、活性温度が変化した後の昇温処理に用いられる温度パラメータの値は、活性温度が変化する前の昇温処理に用いられる温度パラメータと異なる値に変更される。具体的には、排気浄化装置の活性温度（ライトオフ温度）が変化した場合に、変化後の活性温度（もしくは、変化前の活性温度と変化後の活性温度との差）に応じて、変化後の昇温処理に用いられる温度パラメータの値が決定される。そのため、排気浄化装置の温度が活性温度に到達しない事態、排気浄化装置の温度が活性温度より高い温度まで昇温する事態などを回避することが可能となる。その結果、昇温処理実行中の排気エミッションの悪化、昇温処理実行後の排気エミッションの悪化、昇温処理に費やされるエネルギの不要な増加、等を抑制することができる。
【００１１】
ここで、排気浄化装置は、該排気浄化装置における酸化反応を妨げる阻害物質（たとえば、炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（ＰＭ）、硫黄成分（Ｓ）など）の付着量又は堆積量が多いときは少ないときに比べ、活性温度が高くなる特性を有している。また、排気浄化装置は、熱劣化が発生し得る温度に曝された期間が長くなるほど（熱劣化度合が高くなるほど）、活性温度が高くなる特性を有する。さらに、排気浄化装置は、該排気浄化装置を通過するガス量が多いときは少ないときに比べ、活性温度が高くなる特性も有している。
【００１２】
阻害物質の付着量又は堆積量は、内燃機関の運転履歴（たとえば、排気浄化装置の使用開始時から現時点までの総燃料噴射量や総吸入空気量など）から演算することができる。また、排気浄化装置の熱劣化度合は、排気浄化装置の温度履歴（たとえば、排気浄化装置が熱劣化発生温度に曝された総時間など）から演算することできる。排気浄化装置を通過するガス量は、内燃機関の運転状態（たとえば、吸入空気量（エアフローメータの検出値）など）から演算することができる。
【００１３】
よって、内燃機関の運転履歴、排気浄化装置の温度履歴、及び内燃機関の運転状態をパラメータとして活性温度の変化を取得することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排気浄化装置の温度を活性温度以上まで昇温させる昇温処理を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の使用環境などによって活性温度が変化した場合であっても、変化後の活性温度に適した昇温処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】昇温処理の実行時期を示すタイミングチャートである。
【図３】排気浄化装置の活性温度と阻害物質の堆積量と通過ガス量との関係を示す図である。
【図４】排気浄化装置の活性温度と熱劣化度合との関係を示す図である。
【図５】目標温度及び昇温処理開始温度を変更した場合における昇温処理の実行時期を示すタイミングチャートである。
【図６】昇温処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１の各気筒２には、各気筒２内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁３が取り付けられている。燃料噴射弁３は、コモンレール３０において昇圧された燃料を気筒２内へ直接噴射する。
【００１８】
各気筒２には、吸気通路４が連通している。吸気通路４の途中には、遠心過給機（ターボチャージャ）５のコンプレッサ５０とインタークーラ６が配置されている。コンプレッサ５０により過給された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導入される。各気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。
【００１９】
各気筒２には、排気通路７が連通している。排気通路７の途中には、ターボチャージャ５のタービン５１が配置されている。タービン５１より下流の排気通路７には、排気浄化装置８が配置されている。排気浄化装置８は、たとえば、酸化触媒と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒又は選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタと、を具備している。
【００２０】
各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、排気通路７の途中に配置されたタービン５１及び排気浄化装置８を経由して大気中へ放出される。
【００２１】
次に、内燃機関１には、低圧ＥＧＲ機構及び高圧ＥＧＲ機構を具備したＥＧＲシステム（ＭＰＬ−ＥＧＲシステム）が設けられている。高圧ＥＧＲ機構は、タービン５１より上流の排気通路７からインタークーラ６より下流（コンプレッサ５０より下流）の吸気通路４へ排気の一部（高圧ＥＧＲガス）を導く高圧ＥＧＲ通路９、高圧ＥＧＲ通路９の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁１０、及び高圧ＥＧＲ通路９を流れる高圧ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ１１を具備している。
【００２２】
高圧ＥＧＲ機構により再循環させられる高圧ＥＧＲガスの量は、吸気通路４のインタークーラ６より下流かつ高圧ＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位に配置された第２吸気絞り弁１２の開度と高圧ＥＧＲ弁１０の開度との少なくとも一方により調量される。
【００２３】
低圧ＥＧＲ機構は、排気浄化装置８より下流の排気通路７からコンプレッサ５０より上流の吸気通路４へ排気の一部（低圧ＥＧＲガス）を導く低圧ＥＧＲ通路１３、低圧ＥＧＲ通路１３の流路断面積を変更する低圧ＥＧＲ弁１４、及び低圧ＥＧＲ通路１３を流れる低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１５を具備している。
【００２４】
低圧ＥＧＲ機構により再循環させられる低圧ＥＧＲガスの量は、低圧ＥＧＲ通路１３の接続部より上流の吸気通路４に配置された第１吸気絞り弁１６の開度と低圧ＥＧＲ弁１４の開度との少なくとも一方により調量される。
【００２５】
上記した燃料噴射弁３、高圧ＥＧＲ弁１０、第２吸気絞り弁１２、低圧ＥＧＲ弁１４、及び第１吸気絞り弁１６は、ＥＣＵ１７と電気的に接続されている。
【００２６】
ＥＣＵ１７は、エアフローメータ１８、吸気温度センサ１９、水温センサ２０、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、触媒温度センサ２３等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２７】
前記エアフローメータ１８は、大気中から吸気通路４へ流入する空気量を測定するセンサである。吸気温度センサ１９は、大気中から吸気通路４へ流入する空気の温度（大気温度）を測定するセンサである。水温センサ２０は、内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定するセンサである。クランクポジションセンサ２１は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を検出するセンサである。アクセルポジションセンサ２２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を測定するセンサである。触媒温度センサ２３は、排気浄化装置８の温度（床温）を測定する温度センサである。
【００２８】
ＥＣＵ１７は、上記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁３、高圧ＥＧＲ弁１０、第２吸気絞り弁１２、低圧ＥＧＲ弁１４、第１吸気絞り弁１６を制御する。
【００２９】
たとえば、ＥＣＵ１７は、排気浄化装置８が活性していないと判別されるときに、排気浄化装置８を昇温させる昇温処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１７は、図２に示すように、触媒温度センサ２３の測定値（触媒床温）が目標温度Ｔｃａｔｔｒｇより低く、且つ昇温処理開始温度Ｔｃａｔｓｔ以上であるときに昇温処理を実行する。ここでいう目標温度Ｔｃａｔｔｒｇは、排気浄化装置８の全浄化機能が活性すると考えられる温度（以下、「完全活性温度」と称する）である。昇温処理開始温度Ｔｃａｔｓｔは、排気浄化装置８の一部（たとえば、酸化触媒）において炭化水素（ＨＣ）を酸化する機能が活性すると考えられる温度（以下、「部分活性温度」と称する）である。
【００３０】
昇温処理では、ＥＣＵ１７は、燃料噴射弁３の作動時期（燃料噴射時期）の遅角、燃料噴射弁３の開弁期間（燃料噴射量）の増加、或いは燃料噴射弁３によるポスト噴射の実施などを実行することにより、未燃燃料成分（炭化水素（ＨＣ））を排気浄化装置８へ供給する。排気浄化装置８へ供給された未燃燃料成分は、排気浄化装置８の酸化機能により酸化される。排気浄化装置８は、未燃燃料成分が酸化する際に発生する酸化反応熱によって加熱される。
【００３１】
ところで、排気浄化装置８の活性温度（完全活性温度及び部分活性温度）は、該排気浄化装置８の使用環境によって変化する。たとえば、排気浄化装置８の活性温度は、図３に示すように、排気浄化装置８に付着又は堆積している阻害物質の量が多いときは少ないときより高くなる傾向があるとともに、排気浄化装置８を通過するガス量が多いときは少ないときより高くなる傾向がある。
【００３２】
阻害物質は、排気浄化装置８における未燃燃料成分の酸化反応を阻害する物質であり、たとえば、炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（ＰＭ）、硫黄成分（Ｓ）などを例示することができる。これら阻害物質の堆積量は、排気浄化装置８の使用開始時（新品時）から現時点までの内燃機関１の運転履歴（吸入空気量の総量や燃料噴射量の総量など）をパラメータとして演算される。
【００３３】
また、排気浄化装置８の活性温度は、図４に示すように、排気浄化装置８の熱劣化度合が高いときは低いときより高くなる傾向もある。なお、熱劣化度合は、排気浄化装置８が熱劣化発生温度以上に曝された時間の総計（触媒温度センサ２３の測定値が熱劣化発生温度以上となった時間の総計）が長くなるほど高くなる。そのため、熱劣化度合は、排気浄化装置８の使用開始時（新品時）から現時点までの期間において触媒温度センサ２３の測定値が熱劣化発生温度以上となった時間の総計をパラメータとして演算される。
【００３４】
排気浄化装置８の活性温度が変化した場合において、活性温度の初期値（排気浄化装置８が新品状態にあるときの完全活性温度及び部分活性温度）が目標温度及び昇温処理開始温度に設定されると、排気浄化装置８の酸化機能が活性していない状態で昇温処理が開始
されたり、昇温処理実行後に排気浄化装置８が完全活性温度に到達しなかったりする事態が発生し得る。
【００３５】
排気浄化装置８の酸化機能が活性していない状態で昇温処理が開始されると、排気中の未燃燃料成分が排気浄化装置８で酸化されずに大気中へ排出されることになる。また、昇温処理実行後に排気浄化装置８が完全活性温度に到達しなくなると、排気浄化装置８で浄化されずに大気中へ排出される有害ガス成分が増加することになる。
【００３６】
そこで、本実施例の昇温処理では、ＥＣＵ１７は、現時点における排気浄化装置８の完全活性温度及び部分活性温度を取得し、取得された完全活性温度及び部分活性温度に応じて目標温度Ｔｃａｔｔｒｇ及び昇温処理開始温度Ｔｃａｔｓｔを変更するようにした。
【００３７】
たとえば、完全活性温度及び部分活性温度が初期値より高くなった場合は、ＥＣＵ１７は、図５に示すように、目標温度Ｔｃａｔｔｒｇ及び昇温処理開始温度Ｔｃａｔｓｔを高温側へシフトさせた上で、昇温処理を実行する。図５中のＴｃａｔｔｒｇ０は完全活性温度の初期値に相当し、Ｔｃａｔｔｒｇ１は現時点の完全活性温度に相当する。また、図５中のＴｃａｔｓｔ０は部分活性温度の初期値に相当し、Ｔｃａｔｓｔ１は現時点の部分活性温度に相当する。
【００３８】
このように昇温処理に用いられる温度パラメータが変更されると、排気浄化装置８の活性温度が変化した場合であっても、変化後の活性温度に適した昇温処理を実行することができる。その結果、排気浄化装置８の酸化機能が活性していない状態で昇温処理が開始されたり、昇温処理実行後に排気浄化装置８が完全活性温度に到達しなかったりする事態を回避することが可能となる。
【００３９】
以下、本実施例における昇温処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、本実施例における昇温処理ルーチンを示すフローチャートである。昇温処理ルーチンは、予めＥＣＵ１７のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１７によって周期的に実行される。
【００４０】
昇温処理ルーチンでは、ＥＣＵ１７は、先ずＳ１０１において各種データを読み込む。詳細には、ＥＣＵ１７は、触媒温度センサ２３の測定値（触媒床温）Ｔｃａｔ及び排気温度Ｔｅｘを読み込む。排気温度Ｔｅｘは、温度センサにより測定された値を用いても良く、或いはエアフローメータ１８の測定値（吸入空気量）と吸気温度センサ１９の測定値（吸気温度）と燃料噴射量とをパラメータとして演算される計算値を用いても良い。
【００４１】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１７は、阻害物質の堆積量、触媒通過ガス量（吸入空気量）、熱劣化度合を読み込む。
【００４２】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１７は、排気浄化装置８の完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１、部分活性温度Ｔｃａｔｓｔ１、触媒到達温度Ｔｃａｔｒを演算する。詳細には、ＥＣＵ１７は、前記Ｓ１０３で読み込まれた阻害物質の堆積量と触媒通過ガス量と熱劣化度合とをパラメータとして完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１及び部分活性温度Ｔｃａｔｓｔ１を演算する。その際、前述した図３，４に示したような関係を予めマップ化しておき、そのマップを利用して完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１及び部分活性温度Ｔｃａｔｓｔ１が演算されてもよい。また、触媒到達温度Ｔｃａｔｒは、昇温処理が実施されない場合に排気浄化装置８の温度が到達し得る温度であり、排気温度Ｔｅｘをパラメータとして演算される。
【００４３】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１７は、触媒到達温度Ｔｃａｔｒが完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１より低いか否かを判別する。Ｓ１０４において否定判定された場合は、昇温処理が実行されなくても排気浄化装置８の温度が完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１まで上昇すると予測
される。よって、ＥＣＵ１７は、昇温処理を実行せずに本ルーチンを終了する。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０５へ進む。
【００４４】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１７は、完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１と触媒到達温度Ｔｃａｔｒとの差（＝Ｔｃａｔｔｒｇ１−Ｔｃａｔｒ）が所定値αより小さいか否かを判別する。所定値αは、排気浄化装置８を完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１以上まで昇温させるために消費される燃料量が許容範囲を超えると考えられる値であり、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。
【００４５】
前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０６へ進み、排気浄化装置８を通過するガス量を減少させるための通過ガス量減量処理を実行する。通過ガス量減量処理では、ＥＣＵ１７は、たとえば、低圧ＥＧＲガス量を減少させるとともに高圧ＥＧＲガス量を増加させるべく高圧ＥＧＲ機構及び低圧ＥＧＲ機構を制御する。このように通過ガス量減量処理が実施されると、排気浄化装置８を完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１以上まで昇温させるために必要となる燃料量を減少させることができる。
【００４６】
前記Ｓ１０５において肯定判定された場合、及び前記Ｓ１０６の通過ガス量減量処理を実行した場合に、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ１７は、触媒温度センサ２３の測定値（触媒床温）Ｔｃａｔが部分活性温度（昇温処理開始温度）Ｔｃａｔｓｔ１以上であるか否かを判別する。Ｓ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０８へ進む。
【００４７】
Ｓ１０８では、ＥＣＵ１７は、昇温処理の制御量を決定する。ここでいう制御量は、燃料噴射時期の遅角量、燃料噴射量の増加量、或いはポスト噴射量と、昇温処理の実行期間と、を含むものとする。これらの制御量は、触媒到達温度Ｔｃａｔｒと完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１との差をパラメータとして演算される。すなわち、上記した制御量は、触媒到達温度Ｔｃａｔｒと完全活性温度Ｔｃａｔｔｒｇ１との差を補うために必要な熱量に基づいて演算される。
【００４８】
Ｓ１０９では、ＥＣＵ１７は、前記Ｓ１０８において決定された制御量にしたがって昇温処理を実行する。
【００４９】
このようにＥＣＵ１７が図６の昇温処理ルーチンを実行することにより、排気浄化装置８の活性温度が変化した場合であっても、変化後の活性温度に適した昇温処理を実行することができる。その結果、排気浄化装置８の酸化機能が活性していない状態で昇温処理が開始されたり、昇温処理実行後に排気浄化装置８が完全活性温度に到達しなかったりする事態を回避することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施例では、本発明を適用する内燃機関として圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を例示したが、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料噴射弁
４     吸気通路
５     ターボチャージャ
６     インタークーラ
７     排気通路
８     排気浄化装置
９     高圧ＥＧＲ通路
１０   高圧ＥＧＲ弁
１１   高圧ＥＧＲクーラ
１２   第２吸気絞り弁
１３   低圧ＥＧＲ通路
１４   低圧ＥＧＲ弁
１５   低圧ＥＧＲクーラ
１６   第１吸気絞り弁
１８   エアフローメータ
１９   吸気温度センサ
２０   水温センサ
２３   触媒温度センサ
３０   コモンレール
５０   コンプレッサ
５１   タービン
【図１】
2011185091.tif 000003
【図２】
2011185091.tif 000004
【図３】
2011185091.tif 000005
【図４】
2011185091.tif 000006
【図５】
2011185091.tif 000007
【図６】
2011185091.tif 000008