(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関の排気系に配設された前置触媒と、該前置触媒の下流側に配設された後置触媒と、前記前置触媒を迂回するバイパス通路と、該バイパス通路を連通、遮蔽する通路開閉手段とを有して構成される内燃機関システムで制御を行うための内燃機関システムの制御装置であって、
減速運転時に前記前置触媒及び前記後置触媒の床温に応じて、前記通路開閉手段で前記バイパス通路を連通、遮蔽するための制御を行う特定開閉制御手段と、
前記減速運転時に前記前置触媒及び前記後置触媒の床温に応じて、前記内燃機関で燃料の噴射制御を行う特定噴射制御手段とを備え、
前記前置触媒の床温および前記後置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する温度である場合に、前記特定開閉制御手段が前記通路開閉手段で前記バイパス通路を連通するための制御を行うとともに、前記特定噴射制御手段が点火可能最小燃料を噴射するための制御を行うことを特徴とする内燃機関システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関システムの制御装置に関し、特に前置触媒、後置触媒及び前置触媒に流入する排気を迂回させる触媒バイパスシステムを有して構成される内燃機関システムで制御を行うための内燃機関システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気を浄化するために排気系に触媒を備えた内燃機関が一般に知られている。また内燃機関では一般に燃料消費量の低減等を目的として減速運転時にフューエルカット制御（以下、単に減速Ｆ／Ｃとも称す）が行なわれるところ、減速Ｆ／Ｃが行われると触媒に新気が導入されるため、触媒内部がリーン雰囲気になる。この点、触媒の床温が高温になっているときに減速Ｆ／Ｃが行われると、シンタリングが発生し、触媒が劣化することが知られている。ここでシンタリングとは金属粉末が高温下で粒成長する現象であり、触媒では小粒のＰｔ（白金）が、高温下で活発化した原子移動により互いに結合して大粒のＰｔとなるとともに、Ｏ2過剰のため酸化反応を起こし、この結果、Ｐｔの粒成長が促進されることでシンタリングが発生すると考えられている。この点、Ｐｔが粒成長すると排気に接触するＰｔの総面積が小さくなるため、排気浄化性能が低下することになる。
【０００３】
これに対して、シンタリングによる触媒の劣化を抑制するために、減速運転時にフューエルカット制御を禁止する技術が例えば特許文献１で提案されている。またシンタリングによる触媒の劣化を抑制するために、減速運転時にフューエルカット制御を行う代わりに、失火を発生させないような量の燃料を噴射することで、触媒温度を低温域まで確実に下降させた上でフューエルカット制御を開始する技術が例えば特許文献２で開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１４４８１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで排気系に触媒を備えた内燃機関としては、具体的には排気系に前置触媒と後置触媒とを直列に備えた内燃機関が知られている。係る内燃機関では、冷間始動時であっても内燃機関の直後に配置された前置触媒の床温が素早く上昇し、前置触媒が早期に活性化するため、排気の浄化を好適に図ることができる。また上記内燃機関に対して、前置触媒を迂回するバイパス通路と、該バイパス通路を連通、遮蔽する通路開閉手段とを有して構成される触媒バイパスシステムをさらに備えた内燃機関も知られている。この触媒バイパスシステムは内燃機関の運転状態等に応じて通路開閉手段を開くことで、前置触媒に流入しようとする排気を迂回させるための構成であり、例えば内燃機関が高負荷高回転で運転されているときに通路開閉手段を開くことで、前置触媒の床温上昇による熱劣化の低減や圧損低減による出力性能の向上を図ることができる。
【０００６】
しかしながら、上記のような前置触媒、後置触媒及び前置触媒に流入する排気を迂回させる触媒バイパスシステムを有して構成される内燃機関システムでは、減速運転時に以下に示す課題が存在する。ここで、前置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する程度に高温になっている場合には、減速Ｆ／Ｃを行うとともに新気をバイパスさせることで、前置触媒がリーン雰囲気になることを防止できるため、前置触媒でシンタリングが発生することを防止できる。
【０００７】
ところが、前置触媒と後置触媒の搭載間隔が短い場合には前置触媒と後置触媒の温度差が小さくなることから、前置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する程度に高温になっている場合には、後置触媒の床温も同様に高温になっている場合がある。また前置触媒と後置触媒の搭載間隔が比較的長い場合でも、酸素吸蔵量の関係上、前置触媒での反応が不十分になっている一方で、後置触媒での反応が活発になっているときなどには、前置触媒と後置触媒とがともにリーン雰囲気で触媒が劣化する程度に高温になる場合もある。そしてこのような場合に新気をバイパスさせたときには、前置触媒でシンタリングが発生することを防止できる代わりに、後置触媒でシンタリングが発生し、この結果、後置触媒が劣化するといった事態が生じ得る。
【０００８】
一方、後置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する程度に高温でなかった場合には、新気をバイパスさせても後置触媒でシンタリングは発生しないものの、このとき減速Ｆ／Ｃが長く継続されると、後置触媒の床温が活性温度以下になり、この結果、後に加速運転が行われた際に浄化性能を確保できなくなる虞もある。この点、例えば運転状態が減速運転から加速運転に転じたときに通路開閉手段でパイパス通路を閉じることで、前置触媒により排気の浄化を図ることも考えられるが、加速運転が開始されてから通路開閉手段を閉じるまでの間にバイパス通路を通過する排気については、前置触媒及び後置触媒でともに浄化できないことになる。
【０００９】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、前置触媒、後置触媒及び前置触媒に流入する排気を迂回させる触媒バイパスシステムを有して構成される内燃機関システムで、前置触媒でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒の浄化性能を確保できる内燃機関システムの制御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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関と、該内燃機関の排気系に配設された前置触媒と、該前置触媒の下流側に配設された後置触媒と、前記前置触媒を迂回するバイパス通路と、該バイパス通路を連通、遮蔽する通路開閉手段とを有して構成される内燃機関システムで制御を行うための内燃機関システムの制御装置であって、減速運転時に前記前置触媒及び前記後置触媒の床温に応じて、前記通路開閉手段で前記バイパス通路を連通、遮蔽するための制御を行う特定開閉制御手段と、前記減速運転時に前記前置触媒及び前記後置触媒の床温に応じて、前記内燃機関で燃料の噴射制御を行う特定噴射制御手段とを備え、前記前置触媒の床温および前記後置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する温度である場合に、前記特定開閉制御手段が前記通路開閉手段で前記バイパス通路を連通するための制御を行うとともに、前記特定噴射制御手段が点火可能最小燃料を噴射するための制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前置触媒の床温がリーン雰囲気で触媒が劣化する程度に高温になっている場合には、減速Ｆ／Ｃを行うとともに新気をバイパスさせることで、前置触媒でシンタリングが発生することを防止できるが、後置触媒も同様に高温になっている場合には後置触媒でシンタリングが発生してしまう。これに対して、減速Ｆ／Ｃを行う代わりに点火可能最小燃料を噴射するとともに、発生した燃焼ガスをバイパスさせるようにした本発明によれば、前置触媒でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒の浄化性能を確保できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、前置触媒、後置触媒及び前置触媒に流入する排気を迂回させる触媒バイパスシステムを有して構成される内燃機関システムで、前置触媒でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒の浄化性能を確保できる内燃機関システムの制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００２６】
図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている内燃機関システムの制御装置を内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は排気系１０と内燃機関５０とを有して構成されている。排気系１０は前置触媒１１と、前置触媒１１の下流側に配設された後置触媒１２と、前置触媒１１を迂回するパイパス通路１３と、パイパス通路１３を連通、遮蔽する開閉弁（請求項記載の通路開閉手段に相当）１４とを有して構成されている。前置触媒１１及び後置触媒１２はともに排気を浄化するための構成であり、前置触媒１１と後置触媒１２とは排気系１０に直列に配設されている。前置触媒１１には床温を検知するための第１の床温検知センサ３１が、後置触媒１２には床温を検知するための第２の床温検知センサ３２が夫々配設されている。また前置触媒１１の上流側にはＡ／Ｆセンサ３３が、前置触媒１１の下流側には酸素センサ３４が夫々配設されている。
【００２７】
開閉弁１４は弁体及び弁軸を有して構成されており、弁体を軸支している弁軸はリンク機構を介してアクチュエータ１５に連結されている。アクチュエータ１５は開閉弁１４を開閉駆動するための構成であり、空気圧に応じて作動するダイヤフラム弁を内蔵している。アクチュエータ１５は負圧が導入されるとリンク機構を介して開閉弁１４を開き、正圧（大気圧）が導入されるとリンク機構を介して開閉弁１４を閉じるように構成されている。アクチュエータ１５は導管１７ａでＶＳＶ（バキュームスイッチングバルブ）１６と接続されている。ＶＳＶ１６は３方弁として構成された電磁弁であり、ＶＳＶ１６には導管１７ａのほか、負圧導管１７ｂと正圧導管１７ｃとが接続されている。負圧導管１７ｂはＶＳＶ１６と負圧タンク１８とを接続しており、正圧導管１７ｃは図示しないエアクリーナを介して大気に連通している。負圧タンク１８はチェック弁１９を介して内燃機関５０の吸気系（図示省略）に接続されており、負圧タンク１８には吸気系で発生した負圧が蓄圧される。
【００２８】
ＶＳＶ１６が導管１７ａと負圧導管１７ｂとを連通すると、負圧タンク１８からアクチュエータ１５に負圧が導入され、この結果、開閉弁１４はバイパス通路１３を連通する。またＶＳＶ１６が導管１７ａと正圧導管１７ｃとを連通すると、大気からアクチュエータ１５に正圧が導入され、この結果、開閉弁１４はバイパス通路１４を遮蔽する。触媒バイパスシステム２０はバイパス通路１３と開閉弁１４とを有して構成されており、本実施例ではさらにアクチュエータ１５とＶＳＶ１６と導管１７と負圧タンク１８とを有して実現されている。なお、アクチュエータ１５はＥＣＵ１で直接或いは間接的に制御可能なその他の適宜のアクチュエータで実現されてもよく、また触媒バイパスシステム２０はこれに応じてバイパス通路１３及び開閉弁１４に加えて異なる構成を有して実現されてもよい。また開閉弁１４も他の適宜の構造を有するものであってよく、例えばアクチュエータ１５と一体として構成されていてもよい。
【００２９】
ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータと、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１にはＶＳＶ１６が制御対象として電気的に接続されている。またＥＣＵ１には第１の床温検知センサ３１や、第２の床温検知センサ３２や、Ａ／Ｆセンサ３３や、酸素センサ３４のほか、内燃機関５０の運転状態を検出するためのセンサとして、図示しないクランク角センサや、水温センサや、エアフロメータや、スロットル開度センサや、アクセル開度センサなどが電気的に接続されている。なお、ＥＣＵ１にはこのほか各種の制御対象やセンサ、スイッチ類が電気的に接続されていてよい。
【００３０】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関制御用プログラムのほか、以下に示す特定開閉制御用プログラムや特定噴射制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは一体として構成されていてもよい。特定開閉制御用プログラムは減速運転時に前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて、開閉弁１４でバイパス通路１３を連通、遮蔽するための制御を行うように作成されている。この特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でバイパス通路１３を連通、遮蔽するための制御として、本実施例では具体的にはＶＳＶ１６の制御を行うように作成されている。特定噴射制御用プログラムは、減速運転時に前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて、内燃機関５０で燃料の噴射制御を行うように作成されている。
【００３１】
次に、特定通路開閉用プログラム及び特定噴射制御用プログラムについてさらに具体的に説明する前に、まず触媒の床温と触媒の状態との関係について図２を用いて説明する。図２に示すように触媒の状態は床温に応じて変化する。床温がＴ２（請求項記載の第１の所定値に相当）以上である場合には、触媒はストイキ雰囲気で劣化する状態にある。なお、このときの温度範囲をＡとする。床温がＴ２未満、且つＴ１（請求項記載の第２の所定値に相当）以上である場合には、触媒はリーン雰囲気で劣化する状態にある。なお、このときの温度範囲をＢとする。例えば触媒の床温がこの温度範囲Ｂに含まれている場合に減速Ｆ／Ｃが行われると、触媒内部がリーン雰囲気になることから、この結果、シンタリングが発生して触媒が劣化する。なお、触媒の床温が温度範囲Ｂに含まれている場合に触媒内部がリーン雰囲気になっていないときには、触媒で排気を浄化することができる。
【００３２】
床温がＴ１未満、且つＴ０（請求項記載の第３の所定値に相当）以上である場合には触媒が活性化する。なお、このときの温度範囲をＣとする。このときには触媒で排気を浄化できる。またこのときには減速Ｆ／Ｃが行われてもシンタリングが発生しないため、これにより触媒が劣化することもない。床温がＴ０未満である場合には触媒は不活性になる。なお、このときの温度範囲をＤとする。このときには触媒は浄化性能を発揮できなくなる。
【００３３】
図２に示す関係を踏まえた上で、特定通路開閉用プログラム及び特定噴射制御用プログラムはさらに具体的には以下のように作成されている。例えば減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ２未満、且つＴ１以上であり、後置触媒１２の床温がＴ０未満である場合には、特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でバイパス通路１３を遮蔽するための制御を行うように作成されており、特定噴射制御用プログラムは点火可能最小燃料を噴射するための制御を行うように作成されている。
【００３４】
これにより、前置触媒１１内部がリーン雰囲気になること、及びさらに高温になることを防止できることから、前置触媒でシンタリングが発生することを防止でき、また前置触媒１１がストイキ雰囲気で劣化することも防止できる。またこれにより、前置触媒１１で反応が行われてより高温になった燃焼ガスを後置触媒１２に供給できるため、後置触媒の床温をより好適に向上させることができ、以って後置触媒１２の浄化性能を確保できる。
【００３５】
また例えば減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ１以上であり、後置触媒１２の床温がＴ１以上である場合には、特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でパイパス通路１３を連通するための制御を行うように作成されており、特定噴射制御用プログラムは点火可能最小燃料を噴射するための制御を行うように作成されている。これにより、前置触媒１１、後置触媒１２ともに内部がリーン雰囲気になることを防止できることから、前置触媒１１及び後置触媒１２でシンタリングが発生することを防止できる。また後置触媒１２がさらに高温になることも防止できることから、後置触媒１２がストイキ雰囲気で劣化することも防止できる。
【００３６】
また例えば減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ１以上であり、後置触媒の床温がＴ１未満、且つＴ０以上である場合には、特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でパイパス通路１３を連通するための制御を行うように作成されており、特定噴射制御用プログラムはフューエルカット制御を行うように作成されている。これにより、前置触媒１１の内部がリーン雰囲気になることを防止できることから、前置触媒１１でシンタリングが発生することを防止できる。また後置触媒１２の床温はリーン雰囲気で触媒が劣化する温度以下で活性温度にあることから、フューエルカット制御の実行により後置触媒１２の内部がリーン雰囲気になってもシンタリングにより劣化することはなく、以って後置触媒１２の浄化性能も確保できる。またフューエルカット制御の実行によりさらに燃料消費量の低減を図ることができる。
【００３７】
また例えば減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ１未満であり、後置触媒１２の床温がＴ１未満、且つＴ０以上である場合には、特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でバイパス通路１３を遮蔽するための制御を行うように作成されており、特定噴射制御用プログラムはフューエルカット制御を行うように作成されている。この場合には前置触媒１１、後置触媒１２ともに内部がリーン雰囲気になってもシンタリングにより劣化することがないため、これにより前置触媒１１でシンタリングが発生することを防止しつつ、後置触媒１２の浄化性能も確保できる。またフューエルカット制御の実行によりさらに燃料消費量の低減を図ることができる。
【００３８】
また例えば減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ１未満であり、後置触媒１２の床温がＴ０未満であった場合には、特定開閉制御用プログラムは開閉弁１４でバイパス通路１３を遮蔽するように作成されており、特定噴射制御用プログラムは燃料を噴射するための制御を行うように作成されている。この場合には前置触媒１１、後置触媒１２ともに内部がリーン雰囲気になってもシンタリングにより劣化することはないため、これにより前置触媒１１及び後置触媒１２でシンタリングが発生することを防止できる。また前置触媒１１で反応した燃焼ガスを後置触媒１２に供給するため、後置触媒１２の床温を好適に向上させることができ、以って後置触媒１２の浄化性能も確保できる。
【００３９】
図３は減速運転時の開閉弁１４及び噴射制御の状態を、前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて分類した表を示す図である。上述してきた特定開閉制御用プログラム及び特定噴射制御用プログラムに基づき減速運転時に制御が行われる結果、開閉弁１４及び噴射制御の状態は具体的には前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて図３に示すようになる。この図３につき、一例として減速運転時に前置触媒１１の床温がＴ２未満、且つＴ１以上であり、後置触媒１２の床温がＴ０未満である場合について説明する。
【００４０】
この場合には前置触媒１１の床温は温度範囲Ｂに含まれ、後置触媒１２の床温は温度範囲Ｄに含まれていることになる。そしてこの場合については、図３に示す表で下から４列目に示されている。このときＥＣＵ１では、特定開閉制御用プログラムに基づき開閉弁１４でバイパス路１３を遮蔽するための制御が行われるとともに、特定噴射制御用プログラムに基づき、点火可能最小燃料を噴射するための制御が行われる。これに対して図３に示す表の下から４列目を見ると、開閉弁１４の状態は閉となり、噴射制御の状態は有となっていることがわかる。図３に示す表は前置触媒１１及び後置触媒１２の床温がその他の場合についても、同様に対応する開閉弁１４及び噴射制御の状態を表している。
【００４１】
本実施例ではＲＯＭに格納されたプログラムとマイコンとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現されており、特に特定開閉制御用プログラムとマイコンとで特定開閉制御手段が、特定噴射制御用プログラムとマイコンとで特定噴射制御手段が夫々実現されている。
【００４２】
次にＥＣＵ１で行われる処理を図４に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートには周知技術であることなどから上述の説明で特段明示しなかったプログラムに基づいて行われる処理も含まれているが、本フローチャートに示す処理はすべてＲＯＭに格納されたプログラムに基づき行われる。ＣＰＵは減速運転になったか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１）。減速運転になったか否かは例えばクランク角センサの出力に基づき、回転数ＮＥが所定回転数以上になっているか否かを判定するとともに、アクセル開度センサの出力に基づき、アクセルＯＦＦになっているか否かを判定し、ともに肯定判定であった場合に減速運転になったと判定し、それ以外の場合に減速運転になっていないと判定することで判定できる。
【００４３】
否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないためリターンしてステップＳ１１に戻る。一方、肯定判定であれば、ＣＰＵは第１の床温検知センサ３１の出力に基づき、前置触媒１１の床温を検出する処理を実行するとともに、第２の床温検知センサ３２の出力に基づき、後置触媒１２の床温を検出する処理を実行する（ステップＳ１２）。続いてＣＰＵは検出した前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて、開閉弁１４でバイパス通路１３を連通、遮蔽するための制御（バイパス制御）を行うための処理を実行するとともに、内燃機関５０で燃料の噴射制御を行うための処理を実行する（ステップＳ１３）。このとき開閉弁１４及び噴射制御の状態は、具体的には前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて図３に示すいずれかの状態になる。これにより、前置触媒１１でシンタリングが発生することを防止しつつ、後置触媒１２の浄化性能を確保できる。
【００４４】
ステップＳ１３に示す処理を実行した後には、リターンしてステップＳ１１に戻り、さらにステップＳ１１で肯定判定であった場合にはステップＳ１２に進む。すなわち、減速運転中には本フローチャートに示す処理が繰り返し実行される。これにより減速運転中に前置触媒１１または後置触媒１２の床温がさらに異なる温度範囲に含まれるようになった場合でも、前置触媒１１でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒１２の浄化性能を確保できるようになる。以上により、前置触媒１１、後置触媒１２及び前置触媒１１に流入する排気を迂回させる触媒バイパスシステム２０を備える内燃機関システム１００で、前置触媒１１でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒１２の浄化性能を確保できるＥＣＵ１を実現できる。
【００４５】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば特定通路開閉手段及び特定噴射制御手段は、前置触媒及び後置触媒の床温として、具体的にはセンサで検知した前置触媒及び後置触媒の床温に応じて制御を行うことが好適であるが、演算で算出した推定値としての床温に応じて制御を行うことも可能である。また上述した実施例では前置触媒１１と後置触媒１２の床温に応じて最適と考えられるバイパス制御と噴射制御の組み合わせを示したが、請求項１記載の発明においてはこれに限られず、前置触媒及び後置触媒の床温に応じてその他の異なる組み合わせでバイパス制御と噴射制御を実行することにより、前置触媒でシンタリングが発生すること防止しつつ、後置触媒の浄化性能を確保することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。
【図２】触媒の床温と触媒の状態との関係を模式的に示す図である。
【図３】減速運転時の開閉弁１４及び噴射制御の状態を、前置触媒１１及び後置触媒１２の床温に応じて分類した表を示す図である。
【図４】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＥＣＵ
１０  排気系
１１  前置触媒
１２  後置触媒
１３  パイパス通路
１４  開閉弁
１５  アクチュエータ
１６  ＶＳＶ
１７  導管
２０  触媒バイパスシステム
３１  第１の床温検知センサ
３２  第２の床温検知センサ
５０  内燃機関
１００  内燃機関システム
【図１】
0004807335.tif 000002
【図２】
0004807335.tif 000003
【図３】
0004807335.tif 000004
【図４】
0004807335.tif 000005