(57)【要約】    【課題】  エンジンの排気通路に、冷間時に排気中のＨＣを吸着し、ＨＣ脱離開始温度Ｔ１以上でＨＣを脱離浄化するＨＣ吸着触媒を備える場合に、ＨＣの脱離量に対応させて過不足なく酸素を供給し、ＨＣ及びＮＯｘの排出レベルを低減する。    【解決手段】  ＨＣ吸着触媒の温度を検出又は推定する。ＨＣ脱離開始温度Ｔ１から空燃比を徐々にリーン側にシフトして、脱離量の増大に対応させる。脱離量がピークとなる温度Ｔ２から、脱離量が減少を開始する温度Ｔ３までの間は、空燃比のリーンシフト量を予め定めた最大値に維持する。その後は、脱離完了温度Ｔ４でストイキに戻るようにリーンシフト量を徐々に減少させる。【選択図】  図５
2005155493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に、冷間時に排気中のＨＣを吸着し、ＨＣ脱離開始温度以上でＨＣを脱離浄化するＨＣ吸着触媒を備えるエンジンの排気浄化装置において、
ＨＣ吸着触媒の温度を検出又は推定し、ＨＣ脱離開始温度から空燃比を脱離量の増大に対応させて徐々にリーン側にシフトして、その後の脱離量の減少に合わせて脱離完了温度でストイキに戻るようにリーンシフト量を徐々に減少させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
ＨＣ脱離開始温度Ｔ１から、脱離量がピークとなる温度Ｔ２までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量を０から予め定めた最大値まで一定の傾きで増大させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
脱離量がピークとなる温度Ｔ２から、脱離量が減少を開始する温度Ｔ３までの間、空燃比のリーンシフト量を予め定めた最大値に維持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
脱離量が減少を開始する温度Ｔ３から、脱離完了温度Ｔ４までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量を予め定めた最大値から０まで一定の傾きで減少させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
排気通路に設けた酸素センサからの信号に基づいて空燃比のリッチ・リーンを判定し、その判定結果に基づいて燃料噴射量を補正して、空燃比をストイキにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段を備え、
空燃比のリーン側へのシフトは、リーン判定時に燃料噴射量を増大側に補正する制御ゲインに比べ、リッチ判定時に燃料噴射量を減少側に補正する制御ゲインを大きく設定することにより行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つ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】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特にＨＣ吸着触媒を備えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＣ吸着触媒は、ＨＣ吸着機能と酸化機能とを持ち、機関の始動直後などの冷間時に排気中のＨＣを吸着し、ＨＣ脱離開始温度以上でＨＣを脱離浄化する。
特許文献１では、ＨＣ吸着触媒でのＨＣの脱離を判定したら、脱離開始時に一時的に空燃比のリーン度合を大きくし、その後は脱離中のＨＣ濃度に対応したより小さなリーン化度合に空燃比を制御することにより、脱離ＨＣの浄化効率を高めるとしている。
【特許文献１】特開２０００−２１３８号公報（特に図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＨＣ吸着触媒でのＨＣの脱離は緩やかに開始し、温度上昇と共に徐々に増大してピークを迎え、引き続く温度上昇と共に徐々に減少するので、脱離開始時に一時的に空燃比のリーン化度合を大きくすると、触媒内が酸素過剰状態となって、ＮＯｘ排出量の増大を招き、逆に、その後にＨＣ脱離量が多くなったときに酸素不足を生じると、脱離ＨＣの一部がそのまま排出される恐れがあるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ＨＣ吸着触媒からのＨＣ脱離時に過不足なく酸素を供給して、ＨＣ及びＮＯｘの排出レベルの低減を図り得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明では、ＨＣ吸着触媒の温度を検出又は推定し、ＨＣ脱離開始温度から空燃比を脱離量（単位時間当たりの脱離量）の増大に対応させて徐々にリーン側にシフトし、その後の脱離量の減少に合わせて、脱離完了温度でストイキに戻るようにリーンシフト量を徐々に減少させる構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ＨＣ吸着触媒からのＨＣの脱離量に対応させて、リーンシフトすることにより、ＨＣ吸着触媒内に過不足なく酸素を供給することができ、ＨＣ及びＮＯｘの排出レベルの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
エンジン（内燃機関）１の吸気通路２には吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設置され、エンジン１の燃焼室４には点火プラグ５と共に燃料噴射弁６が設置されている。但し、燃料噴射弁６は吸気通路（吸気ポート）に各気筒毎に設置してもよい。
【０００８】
燃料噴射弁６は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）１０からエンジン回転に同期して出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。従って、噴射パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。
ＥＣＵ１０には、アクセルペダルセンサ１１により検出されるアクセル開度Ａpo、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａ、水温センサ１４により検出されるエンジン冷却水温度（水温）Ｔｗが入力されている。更に、排気通路７（三元触媒８上流）に排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する酸素センサ９が設けられ、この信号もＥＣＵ１０に入力されている。尚、酸素センサ９はヒータを内蔵しており、始動時からヒータに通電して素子温度を上昇させることで早期活性化を図ることができる。
【０００９】
ＥＣＵ１０による電制スロットル弁３の開度制御について説明すると、ＥＣＵ１０では、主にアクセル開度Ａpoに基づいて、目標スロットル開度を設定し、これに従ってスロットル開度を制御する。
ＥＣＵ１０による燃料噴射弁６の燃料噴射量の制御について説明すると、ＥＣＵ１０では、実際の吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとから、ストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）を演算し、これに空燃比フィードバック補正係数αを乗じることで、次式のごとく、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。尚、実際には、空燃比フィードバック補正係数α以外に各種補正係数が用いられるが、ここでは説明を省略する。
【００１０】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α
空燃比フィードバック補正係数αは、空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の補正値であり、空燃比フィードバック制御条件のときに、酸素センサ９からのリッチ・リーン信号に従って、増減設定される。空燃比フィードバック制御条件でないときは、空燃比フィードバック補正係数αを１に固定することで、オープン制御となる。
【００１１】
燃料噴射量Ｔｉが演算されると、このＴｉに対応するパルス幅の噴射パルス信号により燃料噴射弁６を駆動する。
一方、燃焼後の排気は、排気通路７へ排出されるが、排気通路７には、比較的上流側に三元触媒８が設けられ、下流側にＨＣ吸着触媒９が配置されている。
三元触媒８は、空燃比がストイキ付近のときに排気中のＨＣ、ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元することができる。
【００１２】
ＨＣ吸着触媒９は、三元触媒に、ＨＣ吸着材（例えばゼオライト）を添加したもので、ＨＣ吸着機能と三元触媒機能（少なくとも酸化機能）とを持つ。すなわち、冷間時に排気中のＨＣを吸着し、ＨＣ脱離開始温度Ｔ１（例えば１００℃）以上でＨＣを脱離浄化する機能を有する。尚、ＨＣ吸着材（ゼオライト）は通常の三元触媒に比べ耐熱性に劣るため、三元触媒８を早期活性化が可能な上流側（高温側）に配置し、ＨＣ吸着触媒９を下流側（低温側）に配置している。
【００１３】
図５は始動後のタイムチャートであり、始動後のエンジン回転数Ｎｅ、ＨＣ排出量（エンジン出口でのＨＣ排出量、及び、テールパイプでのＨＣ排出量）、ＨＣ吸着触媒の温度（触媒温度）Ｔｃの変化を示している。尚、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４である。
始動後、触媒温度ＴｃがＨＣ脱離開始温度Ｔ１（例えば１００℃）に達するまでの間は、ＨＣ吸着触媒にＨＣが吸着される。従って、エンジン出口でのＨＣ排出量に比べ、テールパイプでのＨＣ排出量が大幅に低減され、その差が、ＨＣ吸着量となる。
【００１４】
ＨＣ脱離開始温度Ｔ１からＨＣの脱離が開始し、温度Ｔ２（例えば２００℃）で脱離量（単位時間当たりの脱離量）がほぼ一定のピークに達し、温度Ｔ３（例えば３００℃）で脱離量が減少を開始し、温度Ｔ４で脱離量が０となって脱離を完了する。従って、脱離ＨＣの浄化がなされないとすると、この間、エンジン出口でのＨＣ排出量に比べ、テールパイプでのＨＣ排出量が増大し、その差が脱離量となる。
【００１５】
本発明では、ＨＣ吸着触媒からのＨＣの脱離量に対応させて、空燃比をリーン側へシフトすることにより、ＨＣ吸着触媒内に過不足なく酸素を供給することにより、脱離ＨＣの浄化効率を最適なものとして、テールパイプでのＨＣ排出量を図５の実線のレベルから点線のレベルまで低減する。
図２は始動後の空燃比リーンシフト制御のフローチャートである。
【００１６】
Ｓ１では、スタートスイッチのＯＮ→ＯＦＦなどを監視して、エンジンの始動が完了したか否かを判定し、始動が完了した場合に、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、水温Ｔｗが所定値（例えば４０℃）以下か否かを判定する。この結果、水温Ｔｗが所定値を超えていて、いわゆるホットリスタート時の場合は、Ｓ３で空燃比のリーンシフト量ＬＳ＝０として、制御を終了する。水温Ｔｗが所定値以下で、冷間時の場合は、Ｓ４へ進む。
【００１７】
Ｓ４では、ＨＣ吸着触媒の温度（触媒温度）Ｔｃを例えば次のようにして推定する。
（１）エンジン回転数Ｎｅ、及び、負荷相当の基本燃料噴射量Ｔｐを読込む。
（２）Ｎｅ、Ｔｐから、予め用意したマップを参照して、排気温度（又は、ＨＣ吸着触媒へ流入する排気熱量）を算出する。尚、高回転、高負荷ほど、排気温度が高くなる（排気熱量が大となる）ことはいうまでもない。
（３）上記で求めた排気温度を一次遅れ処理することにより、触媒温度を算出する。又は、排気熱量を積算し、その積算値に基づいてテーブルを参照するなどして、触媒温度を算出する。
【００１８】
尚、これに限らず各種の推定方法を用いることができ、排気温度をセンサにより検出してもよい。また、触媒温度センサを用いて触媒温度（床温度）を直接検出するようにしてもよい。
Ｓ５では、空燃比フィードバック制御（λ制御）中か否かを判定する。尚、空燃比フィードバック制御は、少なくとも酸素センサが活性している条件で行われる。空燃比フィードバック制御中でない場合は、Ｓ６で空燃比のリーンシフト量ＬＳ＝０として、Ｓ４へ戻る。本実施形態での空燃比のリーンシフトは後述するように空燃比フィードバック制御を利用して行うからである。空燃比フィードバック制御中の場合は、Ｓ７へ進む。
【００１９】
Ｓ７では、触媒温度ＴｃがＨＣ脱離開始温度Ｔ１（例えば１００℃）未満か否かを判定し、Ｔ１未満の場合は、Ｓ８で空燃比のリーンシフト量ＬＳ＝０として、Ｓ４へ戻る。
触媒温度ＴｃがＴ１以上の場合は、Ｓ９へ進む。
Ｓ９では、触媒温度ＴｃがＨＣ脱離開始温度Ｔ１以上で、かつ脱離量がピークとなる温度Ｔ２（例えば２００℃）未満か否かを判定する。Ｔ１≦Ｔｃ＜Ｔ２の場合は、Ｓ１０へ進み、空燃比のリーンシフト量ＬＳを次式により算出する。
【００２０】
ＬＳ＝ＬＳmax ×（Ｔｃ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）
従って、図４に示すように、ＨＣ脱離開始温度Ｔ１から、脱離量がピークとなる温度Ｔ２までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量ＬＳを０から予め定めた最大値ＬＳmax まで一定の傾きで増大させることになる。
触媒温度ＴｃがＴ２以上の場合は、Ｓ１１へ進む。
【００２１】
Ｓ１１では、触媒温度Ｔｃが脱離量がピークとなる温度Ｔ２以上で、かつ脱離量が減少を開始する温度Ｔ３（例えば３００℃）未満か否かを判定する。Ｔ２≦Ｔｃ＜Ｔ３の場合は、Ｓ１２へ進み、空燃比のリーンシフト量ＬＳを最大値ＬＳmax とする（ＬＳ＝ＬＳmax ）。
従って、図４に示すように、脱離量がピークとなる温度Ｔ２から、脱離量が減少を開始する温度Ｔ３までの間、空燃比のリーンシフト量ＬＳを予め定めた最大値ＬＳmax に維持することになる。
【００２２】
触媒温度ＴｃがＴ３以上の場合は、Ｓ１３へ進む。
Ｓ１３では、触媒温度Ｔｃが脱離量が減少を開始する温度Ｔ３以上で、かつ脱離完了温度Ｔ４（例えば４００℃）未満か否かを判定する。Ｔ３≦Ｔｃ＜Ｔ４の場合は、Ｓ１４へ進み、空燃比のリーンシフト量ＬＳを次式により算出する。
ＬＳ＝ＬＳmax ×（Ｔ４−Ｔｃ）／（Ｔ４−Ｔ３）
従って、図４に示すように、脱離量が減少を開始する温度Ｔ３から、脱離完了温度Ｔ４までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量ＬＳを予め定めた最大値ＬＳmax から０まで一定の傾きで減少させることになる。
【００２３】
触媒温度ＴｃがＴ４以上の場合は、Ｓ１５へ進む。Ｓ１５では、暖機が完了し、触媒も完全活性状態にあるので、空燃比のリーンシフト量ＬＳ＝０として、制御を終了する。
次に空燃比のリーンシフト量ＬＳを用いて空燃比をリーン側にシフトする制御について説明する。
本実施形態では、酸素センサからの信号に基づいて空燃比のリッチ・リーンを判定し、その判定結果に基づいて燃料噴射量を補正して、空燃比をストイキにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を用い、空燃比のリーン側へのシフトは、リーン判定時に燃料噴射量を増大側に補正する制御ゲイン（比例分ＰＲ）に比べ、リッチ判定時に燃料噴射量を減少側に補正する制御ゲイン（比例分ＰＬ）を大きく設定することにより行う。
【００２４】
図３は空燃比フィードバック制御のフローチャートであり、時間同期で繰り返し実行される。
Ｓ２１では、酸素センサ出力に基づいてリーン／リッチを判定する。
リーンの場合は、Ｓ２２へ進み、リッチ→リーンへの反転時（前回リッチ）か否かを判定する。
【００２５】
リッチ→リーンへの反転時の場合は、Ｓ２３へ進んで、リッチ側への比例分ＰＲを、次式のごとく、基本比例分Ｐ０からリーンシフト量ＬＳを減算した値とする。
ＰＲ＝Ｐ０−ＬＳ
そして、Ｓ２４へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αを比例分ＰＲ増加させて、更新する（α＝α＋ＰＲ）。
【００２６】
リーン状態継続中の場合は、Ｓ２５へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αを微小の積分分Ｉ増加させて、更新する（α＝α＋Ｉ）。
リッチの場合は、Ｓ２６へ進み、リーン→リッチへの反転時（前回リーン）か否かを判定する。
リーン→リッチへの反転時の場合は、Ｓ２７へ進んで、リーン側への比例分ＰＬを、次式のごとく、基本比例分Ｐ０にリーンシフト量ＬＳを加算した値とする。
【００２７】
ＰＬ＝Ｐ０＋ＬＳ
そして、Ｓ２８へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αを比例分ＰＬ減少させて、更新する（α＝α−ＰＬ）。
リッチ状態継続中の場合は、Ｓ２９へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αを微小の積分分Ｉ減少させて、更新する（α＝α−Ｉ）。
【００２８】
上記の制御により、リーンシフト量ＬＳ＝０の場合は、リッチ側への比例分ＰＲ及びリーン側への比例分ＰＲが共にＰ０となって等しくなるので、空燃比フィードバック制御により、空燃比はストイキに制御される。
これに対し、リーンシフト量ＬＳが大きくなると、リッチ側の比例分ＰＲ＝Ｐ０−ＬＳに比べて、リーン側への比例分ＰＬ＝Ｐ０＋ＬＳの方が大きくなり、リーン側へバランスが崩れて、空燃比フィードバック制御により、リーンシフト量ＬＳに対応した分、空燃比がリーン側にシフトされる。
【００２９】
以上のように、ＨＣ吸着触媒の温度を検出又は推定し、ＨＣ脱離開始温度Ｔ１から空燃比を徐々にリーン側にシフトして、脱離量の増大に対応させ、その後の脱離量の減少に合わせて、脱離完了温度Ｔ４でストイキに戻るようにリーンシフト量を徐々に減少させることにより、ＨＣ吸着触媒からのＨＣの脱離量に対応させて、触媒内に過不足なく酸素を供給することができ、ＨＣ及びＮＯｘの排出レベルの低減を図ることができる。従って、テールパイプでのＨＣ排出量は図５の実線のレベルから点線のレベルまで低減する。
【００３０】
また、ＨＣ脱離開始温度Ｔ１から、脱離量がピークとなる温度Ｔ２までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量ＬＳを０から最大値ＬＳmax まで一定の傾きで増大させること、温度Ｔ２から、脱離量が減少を開始する温度Ｔ３までの間、空燃比のリーンシフト量ＬＳを最大値ＬＳmax に維持すること、及び、温度Ｔ３から、脱離完了温度Ｔ４までの間、温度の上昇に応じて、空燃比のリーンシフト量ＬＳを最大値ＬＳmax から０まで一定の傾きで減少させることにより、比較的簡単なロジックで制御することが可能となる。
【００３１】
また、空燃比のリーン側へのシフトは、空燃比フィードバック制御を用い、リッチ側への制御ゲイン（比例分ＰＲ）に比べ、リーン側への制御ゲイン（比例分ＰＬ）を大きく設定することにより行うことで、空燃比をフィードバック制御しつつ所望のリーン空燃比を精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】始動後の空燃比リーンシフト制御のフローチャート
【図３】空燃比フィードバック制御のフローチャート
【図４】触媒温度とリーンシフト量との関係を示す図
【図５】始動後の制御のタイムチャート
【符号の説明】
【００３３】
１  エンジン
２  吸気通路
６  燃料噴射弁
７  排気通路
８  三元触媒
９  ＨＣ吸着触媒
10  ＥＣＵ
15  酸素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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