(57)【要約】【課題】エンジンの排気浄化装置において、エンジンの失火の発生を防止しつつ、エンジンの排気ガスの浄化を行うことにある。【解決手段】制御装置（２９）は、触媒コンバータ（２１）に貯蔵された酸素の除去を行う場合に、触媒コンバータ（２１）に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、クランク角センサ（２６）により検出されたクランク軸（３）の角速度の変動量が所定値となった場合には、目標空燃比よりもリーン側に空燃比を変更する。【選択図】図１
2015209827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料を噴射するインジェクタを備えるエンジンと、前記エンジンのクランク軸の角速度を検出するクランク角センサと、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流側に設けられて前記エンジンの排気ガス中の酸素状態を検出する酸素検出手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記触媒コンバータに貯蔵された酸素の除去を行う場合に、前記触媒コンバータに流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、前記クランク角センサにより検出された前記クランク軸の角速度の変動量が所定値となった場合には、前記目標空燃比よりもリーン側に空燃比を変更する制御装置を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記酸素検出手段が酸素濃度センサである場合に、オープンループ制御を行って、前記触媒コンバータに流入する排気ガスのリッチ化を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記酸素検出手段が空燃比センサである場合に、クローズループ制御を行って、前記触媒コンバータに流入する排気ガスのリッチ化を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの排気浄化装置に係り、特にガス燃料を用いて駆動するエンジンにおいて排気ガスを浄化する触媒コンバータが備えられたエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンは、排気系に触媒コンバータが設けられた排気浄化装置を備える。触媒コンバータは、エンジンの排気ガスの浄化を行う。
排気浄化装置において、触媒コンバータ（三元触媒）が酸素（Ｏ２）を貯めこむ機能を有し、そして、燃料カットによりエンジンの燃焼が行われない状況であると、新規空気のみが触媒コンバータに流れ込むため、多量の酸素を貯め込んでしまい、酸素過多となる。
そして、このような酸素過多の状態では、触媒コンバータの還元作用の機能が低下してしまい、エンジンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率良く浄化することが困難になる不具合があった。
このような不具合を解消するために、例えば、以下のような先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５４８２６号公報
【０００４】
特許文献１に係るエンジンの排気浄化装置は、燃料カットが復帰した後に、燃料噴射を意図的に多く噴き（リッチ化する）、エンジンからの排出ガスとして全炭化水素（ＴＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の過多状態を作ることで、触媒コンバータの酸化作用を促進し、触媒コンバータ中の酸素過多を素早く減らすことのできる酸素除去（Ｏ２パージ）制御を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の特許文献１では、ガス（ＣＮＧ）を燃料として用いるエンジンの場合に、ガス（ＣＮＧ）燃料の可燃範囲がガソリンの場合よりも狭く、酸素除去（Ｏ２パージ）制御としてガソリンの場合と同等のガス燃料噴射を行うと、燃料リッチによる失火が発生してしまう場合がある。
また、燃料リッチによる失火を発生しないようにガス燃料噴射量を減らしてしまうと、触媒コンバータから酸素過多を取り除く時間が長くなり、つまり、酸素除去（Ｏ２パージ）制御を動かす時間が長くなり、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができない場合があった。
【０００６】
そこで、この発明は、エンジンの失火の発生を防止しつつ、触媒コンバータに貯蔵されている酸素を除去するエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ガス燃料を噴射するインジェクタを備えるエンジンと、前記エンジンのクランク軸の角速度を検出するクランク角センサと、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上流側に設けられて前記エンジンの排気ガス中の酸素状態を検出する酸素検出手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記触媒コンバータに貯蔵された酸素の除去を行う場合に、前記触媒コンバータに流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、前記クランク角センサにより検出された前記クランク軸の角速度の変動量が所定値となった場合には、前記目標空燃比よりもリーン側に空燃比を変更する制御装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、エンジンの失火の発生を防止しつつ、触媒コンバータに貯蔵されている酸素を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はエンジンの排気浄化装置のシステム構成図である。（実施例）
【図２】図２はエンジンの排気浄化制御のフローチャートである。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、エンジンの失火の発生を防止しつつ、触媒コンバータに貯蔵されている酸素を除去する目的を、酸素除去（Ｏ２パージ）中にクランク軸の角速度の変動をモニタし、このクランク軸の角速度の変動が所定に発生した場合に、燃料増量を減らして実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１、図２は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、車両に搭載された多気筒用のエンジン１は、４気筒であり、エンジン本体２を備える。このエンジン本体２には、クランク軸３が回転自在に支持されるとともに、吸気カム軸４Ａ・排気カム軸４Ｂが回転自在に支持される。
エンジン１は、ガス（ＣＮＧ）燃料を用いるものであり、エンジン本体２に接続された吸気装置５及び排気装置６を備える。
【００１２】
吸気装置５は、エンジン本体２の一側に接続された４本の吸気分岐管７を備える吸気マニホルド８と、この吸気マニホルド８に接続された吸気管９と、この吸気管９に配置されてスロットルバルブ１０を内蔵したスロットルボディ１１と、このスロットルボディ１１よりも上流側の吸気管９に設置されたエアクリーナ１２とから構成される。
エンジン１は、各吸気分岐管７に設置されてガス（ＣＮＧ）燃料を各気筒へ噴射する各インジェクタ１３を備える。
また、スロットルボディ１１とエアクリーナ１２との間の吸気管９には、エアクリーナ１２側から順次に、エンジン１への吸入空気量を検出する吸気量センサ１４と、吸気管９内の吸気圧力を検出する吸気圧センサ１５とが取り付けられる。
【００１３】
排気装置６は、エンジン本体２の他側に接続された４本の排気分岐管１６を備える排気マニホルド１７と、この排気マニホルド１７に接続された排気管１８と、この排気管１８に設置された消音器１９とから構成される。
また、排気装置６には、排気浄化装置２０が備えられる。
この排気浄化装置２０は、排気マニホルド１７と消音器１９との間の排気管１８に配置された触媒コンバータ２１を備える。この触媒コンバータ２１は、ケース２２内で触媒（三元触媒）２３を備え、エンジン１の排気ガスを浄化する。
また、排気浄化装置２０は、触媒コンバータ２１の上流側の排気ガス中の酸素状態を検出する酸素検出手段としての上流側酸素検出センサ２４と、触媒コンバータ２１の下流側の排気ガス中の酸素状態を検出する酸素検出手段としての下流側酸素検出センサ２５とを備える。
上流側酸素検出センサ２４は、触媒コンバータ２１の前の排気ガス中の酸素状態を検出する構成であり、例えば、ケース２２の上流部に設置され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）、又は、空燃比を検出する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）からなる。
下流側酸素検出センサ２５は、触媒コンバータ２１の後の排気ガス中の酸素状態を検出する構成であり、例えば、ケース２２の上流部に設置され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）からなる。
【００１４】
エンジン本体２には、クランク軸３の角速度を検出するクランク角センサ２６と、カム軸４の角速度を検出するカム角センサ２７と、エンジン本体２の冷却水温度を検出する温度センサ２８とが設置される。
【００１５】
各インジェクタ１３、吸気量センサ１４、吸気圧センサ１５、上流側酸素検出センサ２４、下流側酸素検出センサ２５、クランク角センサ２６、カム角センサ２７、そして、温度センサ２８は、制御装置２９に接続される。
この制御装置２９は、触媒コンバータ２１に貯蔵された酸素の除去（Ｏ２パージ）を行う場合に、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、クランク角センサ２６により検出されたクランク軸３の角速度の変動量が所定値となった場合には、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）よりもリーン側に空燃比を変更する。
また、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である場合に、オープンループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行うように、ガス燃料噴射量や吸入空気量を制御する。
更に、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）である場合に、クローズループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行うように、ガス燃料噴射量や吸入空気量を制御する。
【００１６】
次に、この実施例に係る排気浄化制御を、図２にフローチャートに沿って説明する。
図２に示すように、制御装置２９のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、制御装置２９は、酸素除去（Ｏ２パージ）制御許可条件が成立したか否かを判断する（ステップＡ０２）。このステップＡ０２における酸素除去（Ｏ２パージ）制御許可条件が成立したか否かは、エンジン１の運転履歴（エンジン１の吸入空気量、ガス燃料噴射量）から判断される。エンジン１の運転履歴から触媒コンバータ２１に酸素が貯蔵されており、触媒コンバータ２１の酸素除去（Ｏ２パージ）が必要と判断し、酸素除去（Ｏ２パージ）制御許可が成立となる。また、酸素除去（Ｏ２パージ）制御の実施のために、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）をリッチ側に設定する。具体的には、制御装置２９は、ガス燃料噴射量を理論空燃比で運転する場合よりも多くしてエンジン１の運転を行う。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、制御装置２９は、酸素除去（Ｏ２パージ）制御を実施する（ステップＡ０３）。この酸素除去（Ｏ２パージ）制御の実施時には、制御装置２９は、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチであることを検出できるように、ガス燃料噴射量や吸入空気量を調整する。
このステップＡ０３の酸素除去（Ｏ２パージ）制御において、上流側酸素検出センサ２４がＯ２センサである場合には、Ｏ２フィードバック制御を禁止し、オープンループ中の目標空燃比の値をセットする。
つまり、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）を採用する場合には、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）の出力値をガス燃料噴射量や吸入空気量にフィードバック制御しないオープンループ制御を行う。これは、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）の特性上、正確な空燃比を検出できないためである。
これに対し、上流側酸素検出センサ２４が空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）である場合には、クローズループ中の目標空燃比の値をセットし、空燃比（Ａ／Ｆ）フィードバックを実施する。つまり、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を採用する場合には、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）の出力値をガス燃料噴射量や吸入空気量にフィードバック制御するクローズループ制御を行う。空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）では、正確な空燃比を検出することができるため、より正確な空燃比制御を行うために、制御装置２９は、クローズループ制御を行う。
その後、制御装置２９は、クランク角センサ２６で検出されたクランク軸３の角速度の変化量が、所定値を超えているか否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＮＯの場合には、エンジン１の駆動に問題があり（失火が発生している等）と判断し、制御装置２９は、吸入空気量に対するガス燃料噴射量を所定量だけ減らし、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）よりもリーン側に空燃比を変更する（ステップＡ０５）。つまり、このステップＡ０５においては、制御装置２９は、現状の空燃比ではエンジン１の駆動に問題があるので、吸入空気量に対するガス燃料噴射量を所定量だけ減量する。
前記ステップＡ０５の処理後、又は、前記ステップＡ０４がＹＥＳの場合には、制御装置２９は、エンジン１の駆動に問題がない（失火が発生していない等）と判断し、酸素除去（Ｏ２パージ）制御終了条件が成立したか否かを判断する（ステップＡ０６）。このステップＡ０６における酸素除去（Ｏ２パージ）制御終了条件が成立したか否かは、上記の酸素除去（Ｏ２パージ）制御許可条件と同様に、エンジン１の運転履歴（エンジン１の吸入空気量、ガス燃料噴射量）から判断する。
また、前記ステップＡ０５の処理後は、同様に、このステップＡ０６に移行する。
このステップＡ０５がＮＯの場合には、前記ステップＡ０４に戻す。
このステップＡ０５がＹＥＳの場合、又は、前記ステップＡ０２がＮＯの場合には、制御装置２９は、このプログラムをエンドとする（ステップＡ０７）。
【００１７】
即ち、この実施例においては、酸素除去（Ｏ２パージ）制御中にエンジン１のクランク角速度の変動をモニタして、ガス燃料のリッチによる失火でクランク軸３の角速度に変動が発生した場合には、その変動が収まるまで燃料増量を減らす制御である。この制御により、適切な燃料のリッチ化が可能となり、燃料リッチによる失火の回避と、触媒コンバータ２１から酸素過多を取り除く時間の短縮との双方を図ることができる。
この場合、この実施例では、酸素除去（Ｏ２パージ）制御としてのガス燃料の増量／減量の手法には、２つのパターンがある。
第１のパターンは、触媒コンバータ２１の上流側に酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）を仕様すれば、Ｏ２フィードバック制御を停止した状態で、オープンループ中の目標空燃比の値をリッチ／リーンにしてガス燃料を増量／減量する。
第２のパターンは、触媒コンバータ２１の上流側に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を仕様すれば、空燃比フィードバック制御を実行した状態で、目標空燃比の値をリッチ／リーンにしてガス燃料を増量／減量する。
【００１８】
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、制御装置２９は、触媒コンバータ２１に貯蔵された酸素の除去を行う場合に、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、クランク角センサ２６により検出された角速度の変動量が所定値となった場合には、目標空燃比よりもリーン側に空燃比を変更する。
これにより、エンジン１の失火の発生を防止しつつ、触媒コンバータ２１に貯蔵された酸素の除去を行うことができる。
請求項２に係る発明では、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である場合に、オープンループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行う。
これにより、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）を用いて触媒コンバータ２１の酸素除去（Ｏ２パージ）を行う場合は、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチであることを検出できるように、インジェクタ１３によるガス燃料の噴射を行うことができる。
請求項３に係る発明では、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）である場合には、クローズループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行う。
これにより、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を用いて触媒コンバータ２１の酸素除去（Ｏ２パージ）制御を実施する場合には、理論空燃比よりも所定量だけリッチとなるように、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）の検出結果をフィードバック制御して、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが所定の空燃比となるように、インジェクタ１３によるガス燃料の噴射を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明に係る排気浄化装置は、各種エンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１  エンジン
３  クランク軸
４Ａ・４Ｂ  カム軸
６  排気装置
１３  インジェクタ
１４  吸気量センサ
１５  吸気圧センサ
１８  排気管
２０  排気浄化装置
２１  触媒コンバータ
２３  触媒
２４  上流側酸素検出手段（Ｏ２センサ又はＡ／Ｆセンサ）
２５  下流側酸素検出手段（Ｏ２センサ）
２６  クランク角センサ
２９  制御装置
【図１】
2015209827.tif 000003
【図２】
2015209827.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月17日(2015.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
特許文献１に係るエンジンの排気浄化装置は、燃料カットが復帰した後に、燃料噴射量を意図的に多くするように目標の空燃比をリッチ側に補正し、エンジンからの排出ガスとして全炭化水素（ＴＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）の過多状態を作ることで、触媒コンバータの酸化作用を促進し、触媒コンバータ中の酸素過多を素早く減らすことのできる酸素除去（Ｏ２パージ）制御を行う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ところが、上記の特許文献１では、ガス（ＣＮＧ）を燃料として用いるエンジンの場合に、ガス（ＣＮＧ）燃料の可燃範囲がガソリンの場合よりも狭く、酸素除去（Ｏ２パージ）制御としてガソリンの場合と同等のガス燃料噴射を行うと、燃料噴射量が必要以上に多くなって、燃料リッチによる失火が発生してしまう場合がある。
また、燃料リッチによる失火を発生しないようにガス燃料噴射量を減らしてしまうと、触媒コンバータから酸素を取り除く時間が長くなり、つまり、酸素除去（Ｏ２パージ）制御を動かす時間が長くなり、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができない場合があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
吸気装置５は、エンジン本体２の一側に接続された４本の吸気分岐管７を備える吸気マニホルド８と、この吸気マニホルド８に接続された吸気管９と、この吸気管９に配置されてスロットルバルブ１０を内蔵したスロットルボディ１１と、このスロットルボディ１１よりも上流側の吸気管９に設置されたエアクリーナ１２とから構成される。
エンジン１は、各吸気分岐管７に設置されてガス（ＣＮＧ）燃料を各気筒へ噴射するインジェクタ１３を備える。 
また、スロットルボディ１１とエアクリーナ１２との間の吸気管９には、エアクリーナ１２側から順次に、エンジン１への吸入空気量を検出する吸気量センサ１４と、吸気管９内の吸気圧力を検出する吸気圧センサ１５とが取り付けられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
インジェクタ１３、吸気量センサ１４、吸気圧センサ１５、上流側酸素検出センサ２４、下流側酸素検出センサ２５、クランク角センサ２６、カム角センサ２７、そして、温度センサ２８は、制御装置２９に接続される。
この制御装置２９は、触媒コンバータ２１に貯蔵された酸素の除去（Ｏ２パージ）を行う場合に、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスが理論空燃比よりもリッチ化された目標空燃比となるようにガス燃料噴射を行うとともに、クランク角センサ２６により検出されたクランク軸３の角速度の変動量が所定値を超えた場合には、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）よりもリーン側に空燃比を変更する。
また、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である場合に、オープンループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行うように、ガス燃料噴射量や吸入空気量を制御する。
更に、制御装置２９は、上流側酸素検出手段２４が空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）である場合に、クローズループ制御を行って、触媒コンバータ２１に流入する排気ガスのリッチ化を行うように、ガス燃料噴射量や吸入空気量を制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
即ち、この実施例においては、酸素除去（Ｏ２パージ）制御中にエンジン１のクランク角速度の変動量をモニタして、ガス燃料の噴射量の増加による失火でクランク軸３の角速度に変動が発生した場合には、その変動が収まるまで燃料増量を減らす制御である。この制御により、適切な燃料の噴射量の増加が可能となり、燃料リッチによる失火の回避と、触媒コンバータ２１から酸素を取り除く時間の短縮との双方を図ることができる。
この場合、この実施例では、酸素除去（Ｏ２パージ）制御としてのガス燃料の増量／減量の手法には、２つのパターンがある。 
第１のパターンは、触媒コンバータ２１の上流側に酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）を仕様すれば、Ｏ２フィードバック制御を停止した状態で、オープンループ中の目標空燃比の値をリッチ／リーンにしてガス燃料を増量／減量する。
第２のパターンは、触媒コンバータ２１の上流側に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を仕様すれば、空燃比フィードバック制御を実行した状態で、目標空燃比の値をリッチ／リーンにしてガス燃料を増量／減量する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2015209827.tif 000005