(57)【要約】【課題】排気浄化触媒が劣化した時の排気浄化性能を良好に維持する。【解決手段】排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を増大補正し、点火時期を遅角補正し、ＥＧＲ量を増大補正し、かつ、これら補正量を機関負荷の増大に応じて増大するように設定して、エンジン（燃焼室）からのＮＯｘやＨＣ(未燃燃料)の排出量を低減すると共に、劣化していると診断された排気浄化触媒をバイパスして設けられたバイパス触媒へ排気を流通させて、エンジンから排出されたエミッションを浄化させる。【選択図】図３
2007154692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化触媒の劣化状態を診断する触媒劣化診断手段と、
前記触媒劣化診断手段により、排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を増大補正するバルブオーバラップ量補正手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、機関の負荷が大きいときは小さいときより前記バルブオーバラップ量補正手段によるバルブオーバラップ量の増大補正量を大きくす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】
排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化触媒の劣化状態を診断する触媒劣化診断手段と、
前記触媒劣化診断手段により、排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、点火時期を遅角補正する点火時期遅角補正手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、機関の負荷が大きいときは小さいときより前記点火時期遅角補正手段による点火時期の遅角補正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化触媒の劣化状態を診断する触媒劣化診断手段と、
前記触媒劣化診断手段により、排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、排気の吸気系への還流量（ＥＧＲ量）を増大補正するＥＧＲ量補正手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、機関の負荷が大きいときは小さいときより前記ＥＧＲ量補正手段によるＥＧＲ増大補正量を大きくす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】
排気通路に第１の排気浄化触媒と、該第１の排気浄化触媒をバイパスして第２の排気浄化触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記第１の排気浄化触媒の劣化状態を診断する触媒劣化診断手段と、
前記触媒劣化診断手段により、第１の排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、前記第２の排気浄化触媒へ排気を導くように流路を切り換える流路切換手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第２の排気浄化触媒は、冷機時に使用される低温用触媒であることを特徴とする請求項７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、排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、通常の排気浄化触媒とは別に低温用の触媒を備え、切換バルブによって劣化の少ない低温用触媒に流路を切り換えることによって、冷機時の排気エミッションを低減するようにしたものが開示されている。
【特許文献１】実開平１−６６４２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
周知のように、排気浄化触媒は、劣化によって排気浄化性能が低下するため、触媒の劣化状態を診断しており、劣化していると診断されたときに、この診断結果に基づいて触媒を交換させるようにしている。
しかしながら、触媒を交換するまでの間は、排気エミッションが悪化してしまい、上記特許文献１のものでも、冷機時のみ低温用触媒を用いるものであるから、通常の排気浄化触媒が劣化したときの排気エミッションの悪化は回避できなかった。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、排気浄化触媒が劣化と診断されたときに、触媒を交換するまでの間の排気エミッションの悪化を防止でき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】
このため本発明は、排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化触媒の劣化状態を診断し、排気浄化触媒が劣化していると診断されたときに、吸・排気弁のバルブオーバラップ量の増大補正、点火時期の遅角補正、ＥＧＲ量の増大補正を行い、また、排気浄化触媒をバイパスして設けられた第２の排気浄化触媒へ流路を切り換える構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
このようにすれば、排気浄化触媒の劣化時に、バルブオーバラップ量を増大させることによって、排気の吹き返しによってエンジン（燃焼室）から排出されるＨＣ（未燃燃料）を低減できると共に、内部ＥＧＲ量の増大によって燃焼温度が低下し、ＮＯｘを低減できる。
また、排気浄化触媒の劣化時に、点火時期を遅角補正することによって、燃焼温度が低下してエンジン（燃焼室）から排出されるＮＯｘを低減できると共に、後燃え促進効果によってＨＣを低減できる。
【０００７】
また、排気浄化触媒の劣化時に、ＥＧＲ量を増大補正することによって、燃焼温度が低下してエンジン（燃焼室）から排出されるＮＯｘを低減できる。
また、排気浄化触媒の劣化時に、第２の排気浄化触媒へ流路を切り換えることによって、劣化していない第２の排気浄化触媒を用いてＨＣ、ＮＯｘ等の排気エミッションを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
この図１に示すエンジン１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，電制式スロットルチャンバ４，吸気コレクタ５，吸気マニホールド６、吸気弁７を介して空気が吸引される。
また、燃焼室８内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁９が気筒毎に設けられており、筒内に吸引された空気と前記燃料噴射弁９から噴射された燃料とが混合して燃焼混合気が形成される。
【０００９】
燃焼室８内に形成された混合気は、点火プラグ１０による火花点火で着火燃焼する。
エンジン１からの燃焼排気は、排気弁１１、排気マニホールド１２，排気ダクト１３，上流側と下流側とで一対の排気浄化触媒１４Ａ，Ｂを介して排出される。
ここで、前記排気浄化触媒１４Ａ，Ｂは、酸化・還元反応によってＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化する三元触媒の他、該三元触媒の機能を備えつつ、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるときに、トラップしていたＮＯｘを脱離して還元浄化する機能を有するＮＯｘトラップ触媒などであってもよい。また、上下流に分割されず、１個の触媒であってもよいことは勿論である。
【００１０】
前記排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの下流側の排気ダクト１１の一部を並列にバイパスさせ、該バイパス通路１５に排気浄化触媒１４Ａ，Ｂと同様の排気浄化機能を有するバイパス触媒１６を介装する。
また、排気ダクト１１におけるバイパス通路１５の上流側分岐点に、バイパス通路１５と、これに並列する主通路とを選択的に開通させる流路切換弁１７を設ける。
【００１１】
また、排気マニホールド１２と吸気コレクタ５とを連通させるＥＧＲ通路（排気還流通路）１８が設けられ、該ＥＧＲ通路１８に介装されたＥＧＲ制御弁１９を開くと、圧力差によって排気の一部が吸気コレクタ５に還流されるようになっている。
前記電制式スロットルチャンバ４，燃料噴射弁８，点火プラグ９，流路切換弁１７，ＥＧＲ制御弁１９は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）２０によって制御される。
【００１２】
ＥＣＵ２０はマイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの検出信号を、予め記憶されたプログラムに従って演算処理することで、前記電制式スロットルチャンバ４，燃料噴射弁８，点火プラグ９，ＥＧＲ制御弁１９に対して制御信号を出力する。
前記各種センサとしては、吸気ダクト３に介装されてエンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、クランク軸の回転に同期した検出信号を出力するクランク角センサ２２、前記一対の排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの上流側及び下流側に設けられ排気中の酸素濃度に応じた空燃比信号をそれぞれ出力する空燃比センサ２３ａ，２３ｂが設けられている。
【００１３】
そして、上記２つの空燃比センサ２３ａ，２３ｂによって検出される触媒上流側と下流側の空燃比のリッチ・リーン反転周期の比など周知の劣化診断方式に基づいて排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの劣化診断を行い、劣化していると診断されたときに、排気エミッションの悪化を防止する各種処理を実行する。
次に前記ＥＣＵ２０による触媒劣化診断時の処理の詳細を、図２のフローチャートに従って説明する。
【００１４】
図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、前記排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの劣化診断により、触媒が劣化しているか否かを判定する。
具体的には、下流側の空燃比センサ２３ｂによって検出される空燃比のリッチ・リーン反転周期ｔｂに対する上流側の空燃比センサ２３ａによって検出される空燃比のリッチ・リーン反転周期ｔａの比（ｔａ／ｔｂ）が所定のしきい値以上になったときに、触媒の酸素ストレージ量が減少して劣化していると診断し、触媒診断ＮＧフラグをＯＮとする。この触媒診断ＮＧフラグの値によって、触媒が劣化しているか否かを判定する。なお、触媒診断ＮＧフラグがＯＮされたときは、同時に、警告灯が点灯され、これによって、サービス工場等で触媒の交換が行われる。本発明は、この触媒交換までの間も排気エミッションを低減しようとするものである。
【００１５】
触媒が劣化していないと診断されたときは、このフローを終了するが、劣化していると診断されたときは、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、機関の負荷Ｔ（燃料噴射量、吸入空気量、スロットル開度などの負荷を代表する値で検出）Ｔが、低負荷判別用のしきい値ａ未満の低負荷域にあるかを判定する。
【００１６】
ステップＳ２で、低負荷域にあると判定されたときは、ステップＳ３へ進み、次式のように、吸・排気弁のバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌを、触媒が劣化していない状態で設定される設定量Ｏ／Ｌnormalに対して、低負荷に対応して設定される所定量Ｏ／Ｌαだけ増大補正する。
Ｏ／Ｌ＝Ｏ／Ｌnormal＋Ｏ／Ｌα
次いでステップＳ４では、次式のように、点火時期ＡＤＶ（基準クランク角位置からの進角量として設定）を、同じく触媒が劣化していない状態で設定される設定量ＡＤＶnormalに対して、低負荷に対応して設定される所定量ＲＥＴαだけ遅角補正する。
【００１７】
ＡＤＶ＝ＡＤＶnormal−ＲＥＴα
次いで、ステップＳ５では、次式のように、吸気系への排気還流量ＥＧＲを、同じく触媒が劣化していない状態で設定される設定量ＥＧＲnormalに対して、低負荷に対応して設定される所定量ＥＧＲαだけ増大補正する。
ＥＧＲ＝ＥＧＲnormal＋ＥＧＲα
次いで、ステップＳ１３では、前記流路切換弁１７によって、バイパス通路１５を開として、排気をバイパス触媒１６に流通させる。
【００１８】
また、ステップＳ２で負荷Ｔがａ未満でないと判定された場合は、ステップＳ６へ進んで、負荷Ｔが中負荷判別用のしきい値ｂ（＞ａ）以下であるか、つまりａ≦Ｔ≦ｂの中負荷域であるかを判定する。
ステップＳ６で、中負荷域にあると判定されたときは、ステップＳ７へ進み、次式のように、前記設定量Ｏ／Ｌnormalに対して、中負荷に対応して設定される所定量Ｏ／Ｌβ（＞Ｏ／Ｌα）だけ増大補正する。
【００１９】
Ｏ／Ｌ＝Ｏ／Ｌnormal＋Ｏ／Ｌβ
次いでステップＳ８では、次式のように、点火時期ＡＤＶを、前記設定量ＡＤＶnormalに対して、中負荷に対応して設定される所定量ＲＥＴβ（＞ＲＥＴα）だけ遅角補正する。
ＡＤＶ＝ＡＤＶnormal−ＲＥＴβ
次いで、ステップＳ９では、次式のように、排気還流量ＥＧＲを、前記設定量ＥＧＲnormalに対して、中負荷に対応して設定される所定量ＥＧＲβだけ増大補正する。
【００２０】
ＥＧＲ＝ＥＧＲnormal＋ＥＧＲβ
次いで、ステップＳ１３へ進んで、排気をバイパス触媒１６に流通させる。
また、ステップＳ６で負荷Ｔが前記しきい値ｂを超える高負荷域であると判定されたときは、ステップＳ１０，１１，１２へ進んで、順次下式のようにバルブオーバラップ量Ｏ／Ｌ、点火時期ＡＤＶ、排気還流量ＥＧＲを補正した後、ステップＳ１３へ進んで、排気をバイパス触媒１６に流通させる。
【００２１】
Ｏ／Ｌ＝Ｏ／Ｌnormal＋Ｏ／Ｌγ      ただし、Ｏ／Ｌγ＞Ｏ／Ｌβ
ＡＤＶ＝ＡＤＶnormal−ＲＥＴγ      ただし、ＲＥＴγ＞ＲＥＴβ
ＥＧＲ＝ＥＧＲnormal＋ＥＧＲγ      ただし、ＥＧＲγ＞ＥＧＲβ
このようにすれば、排気浄化触媒１４Ａ，Ｂが劣化していると診断されたときは、バルブオーバラップ量Ｏ／Ｌ、点火時期ＡＤＶ、ＥＧＲ量が補正されることにより、エンジン１からの排気エミッションを良好に維持できる。
【００２２】
具体的には、バルブオーバラップ量Ｏ／Ｌを増大させることによって、排気の吹き返し効果を高め、これによりエンジン（燃焼室）からのＨＣの排出を抑制して、ＨＣ排出量を低減できる。また、同じく排気の吹き戻し量の増大によって、吸気中の内部ＥＧＲ量の割合が増大するので燃焼温度が低下し、ＮＯｘも低減できる。
また、点火時期を遅角補正することによって、圧縮上死点での最高圧力より遅角側に離れた時期に点火燃焼が行われるので、燃焼温度が低下してエンジン（燃焼室）から排出されるＮＯｘを低減できると共に、後燃え促進効果によってＨＣを低減できる。
【００２３】
また、不活性なＥＧＲガスの量を増大補正することによって、燃焼温度が低下してエンジン（燃焼室）から排出されるＮＯｘを低減できる。
これら３つの補正によって、エンジンからの排気エミッションをできるだけ改善した上で、常時使用される排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの劣化時のみ使用される新品もしくは略新品状態の劣化していないバイパス触媒１６（第２の排気浄化触媒）を用いることにより、最終的にバイパス触媒１６から排出する排気エミッションを十分良好に維持できる。
【００２４】
ここで、バイパス触媒１６は、使用頻度が極めて低く、かつ、上記各種補正を行ってエンジンからの排気エミッションを低減した上で用いられるので、必要最小限度の浄化機能を有する小容量のものを用いればよい。
また、エンジンからの排気エミッションは、負荷が大きくなるほど悪化するので、本実施の形態のように負荷の増大に応じて各補正量を大きくすることで、排気浄化に必要かつ十分な補正量に設定することができる。
【００２５】
ただし、触媒の劣化はドライバに報知されて触媒は交換されるのであるから、この間はエンジンに悪影響を与えない範囲で補正量を大きめ設定して、多少の運転性低下はあってもできるだけ排気浄化性能を優先するようにしてもよい。
図３は、上記実施の形態における各種状態量の変化の様子を、本発明に係る補正を行わない比較例と共に示す。
【００２６】
図４は、第２の排気浄化触媒として、冷機時に用いられる低温用触媒を流用する実施の形態の車両用エンジンのシステム構成図である。
本実施形態では、上流側の排気浄化触媒１４Ａと並列に接続されたバイパス通路３１に、低温用触媒３２が介装され、排気ダクト１１におけるバイパス通路３１の上流側分岐点に、バイパス通路３１と、これに並列する主通路とを選択的に開通させる流路切換弁３３が設けられている。
【００２７】
上記低温用触媒３２は、低温でも活性化されて良好な排気浄化機能を得られるような触媒物質が用いられ、あるいは電気ヒータ等を内蔵し、温度上昇させて触媒を活性化した状態で使用されるように構成されており、図示しない水温センサによって検出される水温が所定値以下の冷機時に、前記流路切換弁３３がバイパス通路３１を開くように制御され、排気を低温用触媒３２に導いて冷機時の排気エミッションを良好に維持するようになっている。
【００２８】
そして、第１の実施の形態同様にして排気浄化触媒１４Ａ，Ｂの劣化診断を行い、触媒が劣化していると診断されたときに、バルブオーバラップ量Ｏ／Ｌの増大補正、点火時期ＡＤＶの遅角補正、ＥＧＲ量の増大補正を行うと共に、上記流路切換弁３３をバイパス通路３１を開くように制御して排気を低温用触媒３２に通し、該低温用触媒３２によって浄化を行うようにする。
【００２９】
低温用触媒３２は、冷機時のみ使用されるので排気浄化触媒１４Ａ，Ｂに比較して劣化度合いが低いので、劣化した排気浄化触媒１４Ａ，Ｂを交換するまでの間、良好な排気浄化性能を維持することができ、予め低温用に設けられた触媒を使用するので、低コストで済む。
以上示した実施の形態は、バルブオーバラップ量Ｏ／Ｌの増大補正、点火時期ＡＤＶの遅角補正、ＥＧＲ量の増大補正と、第２の排気浄化触媒への流路の切り換えを全て行うものであったが、これらのうち、いずれかを省略し、少なくとも１つを行うだけでも、通常の排気浄化触媒の劣化時に排気浄化性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施の形態における車両用エンジンのシステム構成図。
【図２】同上実施の形態における触媒劣化診断時の処理の詳細を示すフローチャート。
【図３】同上実施の形態における触媒が劣化と診断されたときの各種状態量の変化の様子を、本発明に係る補正を行わない比較例と共に示すタイムチャート。
【図４】第２の実施の形態における車両用エンジンのシステム構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１…エンジン
７…吸気弁
１０…点火プラグ
１１…排気弁
１３…排気ダクト
１４Ａ，Ｂ…排気浄化触媒
１５…バイパス通路
１６…バイパス触媒
１７…流路切換弁
１８…ＥＧＲ通路
１９…ＥＧＲ制御弁
２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２１…エアフロメータ
２２…クランク角センサ
２３ａ…空燃比センサ（触媒上流側）
２３ｂ…空燃比センサ（触媒下流側）
３１…バイパス通路
３２…低温用触媒
３３…流路切換弁
【図１】
2007154692.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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