(57)【要約】【課題】高価なコストをかけることなく、全体としてのエミッション排出量を低減可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】触媒の被毒の状態を検出する手段（ステップＳ１２）を備え、触媒が被毒しているほど始動後における触媒の暖機速度を高める（ステップＳ１５）。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の被毒の状態を検出する手段を備え、
触媒が被毒しているほど始動後における触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
触媒の被毒量を求め、被毒量が所定の基準値を超えている場合に、触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
ファーストアイドル状態にあるときに、触媒が被毒しているほど触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
始動後、触媒が活性するまでの間、触媒が被毒しているほど触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
触媒が被毒しているほど排気温度を高めて触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
点火時期を遅角させることで排気温度を高める、
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
触媒が被毒しているほど機関回転数を上げて触媒の暖機速度を高める、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の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するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の排気浄化装置としては特許文献１に開示されたものがある。この排気浄化装置は、触媒の被毒量が一定値以上となったら被毒解除を行い、エミッション悪化を回避している。このとき、上流側の触媒の温度上昇を避けつつ、下流側の触媒を昇温させることで下流側の触媒の被毒解除を行っている。
【特許文献１】特開２０００−３３７１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、触媒の被毒が進むと、触媒活性後であっても、触媒性能が低下してエミッションの浄化率が低下する傾向にある。そのため、触媒の被毒を考慮すると、従来では、触媒貴金属を増やすなど高性能の触媒を用いる必要を生じ、コスト高の原因となっている。これは、触媒の被毒量が一定値以上になったら被毒解除を行う装置であっても、被毒量が一定値に達するまでの間、僅かであるが触媒の被毒が進行するので、やはりその分、高性能でコスト高の触媒を用いる必要があった。
【０００４】
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、高価なコストをかけることなく、全体としてのエミッション排出量を低減可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。なお、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。
【０００６】
本発明は、触媒（９）の被毒の状態を検出する手段（ステップＳ１２）を備え、触媒が被毒しているほど始動後における触媒の暖機速度を高める（ステップＳ１５）、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、触媒が被毒しているほど始動後における触媒の暖機速度を高めるようにしたので、触媒が被毒しているほど触媒が活性するまでの時間が短縮され、触媒の暖機後も含めた全体としてのエミッションの排出量が低減される。また、触媒の暖機速度を高めるためには、排気温度を上げるなど、燃費の悪化を伴うことが多いが、本発明では、触媒の被毒の状態に応じて触媒の暖機速度を高めているので、必要以上に排気温度を上げてしまうことを抑制できるので、全体としてのエミッションの排出量を下げつつ、燃費の悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず最初に、本発明の内容を明確にするために基本的な考え方について説明する。
【０００９】
図１は触媒の被毒量（アイドル放置時間）とエミッションとの関係を示す図である。図１（Ａ）は炭化水素（ＨＣ）、図１（Ｂ）は一酸化炭素（ＣＯ）、図１（Ｃ）は酸化窒素（ＮＯｘ）との関係を示す。
【００１０】
いずれの図を見てもアイドル放置時間が長くなるにつれてエミッションが増大していることが分かる。これは、内燃機関の運転履歴（ここではアイドル放置時間）に比例して、燃料に含有されている硫黄が触媒に蓄積されて、触媒の浄化能力が低下するからであり、これがいわゆる硫黄被毒と呼ばれているものである。
【００１１】
そのため図２に一例を示すように、通常はエミッション（ここでは一例としてＨＣを挙げている）の排出量が規制値（図中破線で示す）を超える走行距離になる前に、触媒に蓄積した硫黄を除去する被毒解除制御を行っている。このように硫黄被毒解除制御を行うことで触媒の浄化能力が回復し、エミッション排出量を低減することができ、エミッション値を常に規制値以下にするようにしている。
【００１２】
次に１１モードのエミッション排出パターンを図３に示す。図３の細線は１１モード時の実車速を示し、太線はエミッション量（ここでは一例としてＨＣ量を挙げている）を示している。この図を見て分かるように、エミッションはコールド始動直後から触媒が活性化するまでに排出されていることが分かる。
【００１３】
図４は、１１モードのエミッション排出パターンを、触媒の硫黄被毒状態ごとに示した図である。硫黄被毒が進むにつれて１１モードのエミッション排出パターンがＡ→Ｂ→Ｃと変化する。
【００１４】
この図４から、硫黄被毒が進むと、触媒性能が低下してホット残存率（触媒が活性化していても触媒で浄化されずに残存するエミッションの率）が悪化することが分かる。
【００１５】
触媒性能を回復するには、触媒の硫黄被毒を解除する必要があるが、そのためには触媒内部の温度を高温（例えば６００〜７００℃程度）にしなければならないので、始動直後や中低速での走行時のように触媒が高温に達しない状態では硫黄被毒解除を行うことができない。
【００１６】
図５は、コールド始動後２０秒経過した後の排気温度とエミッションとの関係を示す図である。横軸にファーストアイドル２０秒経過後のエキゾーストマニホールドの入口温度をとり、縦軸にＨＣ排出量をとる。この図５を見て分かるように、排気温度が高温であるほどＨＣ排出量が低下している。したがって、この図５から、排気温度を上昇させると、触媒が早く活性化しエミッションが少なくなることが分かる。
【００１７】
以上説明したように、被毒によるエミッション悪化は、図４に示すようにホット残存率の悪化として表れるが、始動直後や中低速での走行時のように触媒が高温に達しない状態では硫黄被毒解除を行うことができない。そこで、本件発明者は、コールド始動直後から触媒が活性化するまでのエミッション排出量が特に多いことに着目し、触媒が活性化するまでの時間をできる限り短縮化して高温にすることで、全体としてのエミッション排出量を低減することができるという知見から本排気浄化装置の発明を完成するに至ったのである。以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図６は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を示す図である。
【００１８】
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、水温センサ５によってコールド始動時であるか否かを判定し、コールド始動時であれば点火プラグ４の点火時期を遅らせて（リタードさせて）、排気温度を上昇させて、触媒９が短時間で温度上昇するようにする。触媒９は例えば三元触媒である。図１中では、排気通路の上流側及び下流側に２つ設けているが、１つであってもよい。また下流側の触媒は例えば三元機能付リーンＮＯｘ触媒であってもよい。
【００１９】
なお、１はエアフロメータ、２はスロットルチャンバ、３はインジェクタ、６は吸気温センサ、７は空燃比センサ、８はクランク角センサ、１０はコントローラ、１１は燃料配管、１２は燃料タンクである。
【００２０】
次に、コントローラ１０の具体的な制御ロジックについて図７のフローチャートに沿って説明する。
【００２１】
ステップＳ１１では、コントローラ１０は水温に基づいてコールド始動であるか否かを判定する。すなわちコールド始動時には触媒９の温度も低く活性化されていないので、そのときはステップＳ１２以降に進んで制御を行い、水温が十分に高ければ触媒９が活性化されているので制御を行う必要がないため終了する。ステップＳ１１の基準値とは触媒９が活性化しているか否かの基準温度であり、予め実験的に求めて温度であるが、一例を挙げるならば４０〜５０℃程度である。
【００２２】
ステップＳ１２では、コントローラ１０は触媒９の被毒量を読み込む。具体的には、被毒量は、実際に噴射した噴射量（回転数及び燃料噴射パルス幅の積により求まる）に比例するので、前回の被毒解除制御作動時以降に、インジェクタ３から実際に噴射した噴射量に基づいて被毒量を求める。
【００２３】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で求めた被毒量に基づいて被毒解除制御を行う必要があるか否かを判定し、被毒解除制御が必要であればステップＳ１４以降に進み、不要であれば終了する。なお、この判断基準値は予め実験によって決めてある。
【００２４】
ステップＳ１４では、ファーストアイドルリタード量を算出する。具体的には、図８に基づいてファーストアイドルリタード量を求める。この図８を見て分かるように触媒９の硫黄被毒量が大きければ大きいほどファーストアイドルリタード量を大きくする。
【００２５】
ステップＳ１５では、点火時期をステップＳ１２で求めたリタード量分遅角させ、ステップＳ１６で、水温が基準値を上回るまでその状態を継続する。なおこの基準値とは触媒が十分に活性化しているか否かの基準値であり、例えば、始動時水温プラス２０℃としたり、あるいは７０℃程度の一定値としておいてもよい。
【００２６】
次に図９を参照しながら本実施形態の効果について説明する。なお図９は、１１モードのエミッション排出パターンを、点火時期のリタード量ごとに示した図である。図中、Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ点火時期のリタード量を１０ｄｅｇ、１５ｄｅｇ、２０ｄｅｇとした場合のエミッション量（ここでは一例としてＨＣ量を挙げている）を示し、Ｂは１１モード時の実車速を示している。
【００２７】
この図を見て分かるように、点火時期のリタード量を１０ｄｅｇ→１５ｄｅｇ→２０ｄｅｇとするにつれてエミッション量が低減していることがわかる。
【００２８】
このように、点火時期のリタード量が増えるほど排気温度が上昇するので、その分、触媒の温度上昇が早まり、触媒活性化のタイミングが早くなり、排気浄化が促進されることがわかる。
【００２９】
しかし、点火時期のリタード量を常に大きくしては燃費が悪化する。そこで本実施形態では、図８に示したように、被毒量に応じてリタード量を変更するようにしたのである。
【００３０】
（第２実施形態）
図１０は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３１】
第１実施形態では、点火時期をリタードすることで排気温度を上昇させていたが、本実施形態ではエンジン回転速度を上昇させて排気温度を上昇させている。
【００３２】
まず、水温に基づいてコールド始動であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、触媒９の被毒量を読み込み（ステップＳ２２）、被毒量が基準値以上のときは（ステップＳ２３）、ファーストアイドル目標回転速度を算出する（ステップＳ２４）。具体的には、図１１に基づいてファーストアイドル目標回転速度を求める。この図１１を見て分かるように触媒９の硫黄被毒量が大きければ大きいほどファーストアイドル目標回転速度を大きくする。
【００３３】
そして、エンジン回転速度をアップして（ステップＳ２５）、水温が基準値を上回るまでその状態を継続する（ステップＳ２６）。
【００３４】
本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、触媒の温度上昇が早まり、触媒活性化のタイミングが早くなり、排気浄化が促進される。また、図１１に示したように、被毒量に応じてファーストアイドル目標回転速度を変更するようにしたので、良好な燃費を得ることができるのである。
【００３５】
（第３実施形態）
図１２は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第３実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【００３６】
第２実施形態ではエンジン回転速度を上昇させて排気温度を上昇させていたが、エンジン回転速度が上昇するとエミッションは改善されるものの、騒音やセレクトショックが発生するので、エンジン回転速度は一定値以上にあげないことが望ましい。そこで、本実施形態では、回転アップが一定値以上になる場合には、点火時期リタードを用いることで、さらなるエミッション改善を図るようにしたのである。
【００３７】
まず、水温に基づいてコールド始動であるか否かを判定し（ステップＳ３１）、触媒９の被毒量を読み込み（ステップＳ２２）、被毒量が基準値Ａ１以上のときは（ステップＳ２３）、ファーストアイドル目標回転速度を算出し（ステップＳ３４）、さらに被毒量が基準値Ｂ１（Ｂ１＞Ａ１）以上のときは（ステップＳ３５）、ファーストアイドルリタード量を算出する（ステップＳ３６）。
【００３８】
そして、エンジン回転速度をアップするとともに点火時期をリタードして（ステップＳ３７）、水温が基準値を上回るまでその状態を継続する（ステップＳ３８）。
【００３９】
本実施形態によれば、回転アップが一定値以上になる場合には、点火時期リタードを用いることで、さらなるエミッション改善を図るようにしたので、騒音やセレクトショックが発生することを防止することができるのである。
【００４０】
（第４実施形態）
図１３は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第４実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【００４１】
第３実施形態では、まずエンジン回転速度を上昇させ、それでも不足するときには点火時期をリタードを行うことで排気温度を上昇させたが、その逆にまず点火時期をリタードを行い、それでも不足するときにはエンジン回転速度を上昇させて排気温度を上昇させてもよい。
【００４２】
まず、水温に基づいてコールド始動であるか否かを判定し（ステップＳ４１）、触媒９の被毒量を読み込み（ステップＳ４２）、被毒量が基準値Ｂ２以上のときは（ステップＳ４３）、ファーストアイドルリタード量を算出し（ステップＳ４４）、さらに被毒量が基準値Ａ２（Ａ２＞Ｂ２）以上のときは（ステップＳ４５）、ファーストアイドル目標回転速度を算出する（ステップＳ４６）。
【００４３】
そして、点火時期をリタードするとともにエンジン回転速度をアップして（ステップＳ４７）、水温が基準値を上回るまでその状態を継続する（ステップＳ４８）。
【００４４】
本実施形態によれば、点火時期リタード及びエンジン回転速度アップを組み合わせることで、さらに排気温度が上昇しやすく、その分、触媒の温度上昇が早まり、触媒活性化のタイミングが早くなり、排気浄化が促進されることできる。
【００４５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では排温を上昇させることで触媒昇温速度を高めたが、触媒に設けたヒータ等によって触媒昇温速度を高めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】触媒の被毒量（アイドル放置時間）とエミッションとの関係を示す図である。
【図２】被毒解除とエミッションとの関係を示す図である。
【図３】１１モードのエミッション（ＨＣ）排出パターンを示す図である。
【図４】硫黄被毒によるエミッションの悪化について説明する図である。
【図５】コールド始動後２０秒経過した後の排気温度とエミッションとの関係を示す図である。
【図６】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を示す図である。
【図７】コントローラの具体的な制御ロジックについて説明するフローチャートである。
【図８】被毒量に応じたファーストアイドルリタード量を求めるための図である。
【図９】第１実施形態の効果について説明する図である。
【図１０】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図１１】被毒量に応じたファーストアイドル目標回転速度を求めるための図である。
【図１２】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第３実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図１３】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第４実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  エアフロメータ
２  スロットルチャンバ
３  インジェクタ
４  点火プラグ
５  水温センサ
６  吸気温センサ
７  空燃比センサ
８  クランク角センサ
９  触媒
１０  コントローラ
１１  燃料配管
１２  燃料タンク
ステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１  始動状態判定手段
ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２  被毒量検出手段
ステップＳ１３，Ｓ２３，Ｓ３３，Ｓ４３  被毒量判定手段
ステップＳ１５，Ｓ２５，Ｓ３７，Ｓ４７  排気昇温手段
【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
2005163721.tif 000008
【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
2005163721.tif 000013
【図５】
2005163721.tif 000014
【図９】
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