(57)【要約】【課題】ＨＣ付着量と固定値とを比較して、酸化触媒のＨＣ被毒を回復するための制御を開始する装置よりも、酸化触媒のＨＣ被毒を良好に回復できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１０の排気通路に設けられた酸化触媒３１と、酸化触媒３１のＨＣ付着量を推定し、推定されたＨＣ付着量が閾値を超えた場合に、酸化触媒３１に流入する排気中の酸素濃度を低下させると共に当該排気の温度を上昇させるＨＣ被毒回復制御を行う制御部４０であって、前記閾値を、内燃機関１０の運転中の、前記ＨＣ被毒回復制御を含む昇温制御が前記酸化触媒に関して行われていない時間帯における前記酸化触媒の平均床温が高い程、大きくする制御部４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒のＨＣ付着量を推定し、推定された前記酸化触媒のＨＣ付着量が閾値を超えた場合に、前記酸化触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると共に当該排気の温度を上昇させるＨＣ被毒回復制御を行う制御部であって、前記閾値を、前記内燃機関の運転中の、前記ＨＣ被毒回復制御を含む昇温制御が前記酸化触媒に関して行われていない時間帯における前記酸化触媒の平均床温が高い程、大きくする制御部と、
を備えることを特徴とする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。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガス処理用のＮＯｘ触媒がＨＣ（炭化水素）の付着により被毒するのを防止すると共に触媒を被毒状態から回復させるために、減速運転中にＨＣ付着量の推算値が所定値よりも大きくなったときに、吸気絞り弁を全閉すると共にＥＧＲ弁を全開することにより、排ガスと触媒の温度低下を防止して触媒に付着したＨＣを脱離させることが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＣ被毒を回復するために行われている上記制御（吸気絞り弁を全閉し、ＥＧＲ弁を全開する制御）は、その開始時における触媒床温が低い場合、ＨＣ量を十分に低減することができないものである。そして、ＨＣ付着量と所定値（固定値）とを比較することにより制御を開始するか否かを決定すると、触媒床温が低い状態で制御が開始されことがある。従って、上記技術では、ＨＣ量を十分に低減できない虞がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、ＨＣ付着量と固定値とを比較して、酸化触媒のＨＣ被毒を回復するための制御を開始する装置よりも、酸化触媒のＨＣ被毒を良好に回復できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒のＨＣ付着量を推定し、推定された前記酸化触媒のＨＣ付着量が閾値を超えた場合に、前記酸化触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると共に当該排気の温度を上昇させるＨＣ被毒回復制御を行う制御部であって、前記閾値を、前記内燃機関の運転中の、前記ＨＣ被毒回復制御を含む昇温制御が前記酸化触媒に関して行われていない時間帯における前記酸化触媒の平均床温が高い程、大きくする制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成を有する本発明の内燃機関の排気浄化装置では、触媒床温が上昇することが少ない場合に、排気中の酸素濃度を低下させると共に当該排気の温度を上昇させる制御の実行頻度が増える。従って、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＨＣ付着量と固定値とを比較して、酸化触媒のＨＣ被毒を回復するための制御を開始する装置よりも、酸化触媒のＨＣ被毒を良好に回復できる。また、排気温度を上昇させる際に酸素濃度を低下させるので、酸化触媒の急激な高温化を抑制できることにもなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関システム内のＥＣＵが周期的に実行する酸化触媒管理処理の流れ図である。
【図３】図３は、制御開始閾値の説明図である。
【図４】図４は、ＨＣ被毒回復制御として採用可能な制御の説明図である。
【図５】図５は、平均床温が異なる２車両におけるＨＣ被毒回復制御終了後の触媒床温の減少速度の説明図である。
【図６】図６は、制御終了閾値の説明図である。
【図７】図７は、制御終了閾値の決定法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃機関システム１の構成を説明する。尚、この図１は、内燃機関システム１の概略構成図であり、図１におけるＤＯＣ３１とＥＣＵ４０とからなる部分が、ほぼ、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置に相当するものである。
【００１１】
内燃機関システム１は、車両に搭載されるシステムである。図１に示してあるように、内燃機関システム１は、内燃機関１０と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit）４０とを備える。
【００１２】
内燃機関１０は、４つの気筒１１を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１０には、サプライポンプから送られてきた高圧燃料を溜めておくためのコモンレール１３や、コモンレール１３内の高圧燃料を各気筒１１内へ噴射するための４つのインジェクタ１２が取り付けられている。また、内燃機関１０には、内燃機関１０内を循環する冷却水の温度を測定するための水温センサや、クランクシャフトの回転数（姿勢）を検出するためのクランクポジションセンサも取り付けられている。
【００１３】
内燃機関１０の各気筒１１（各気筒１１の燃焼室）は、吸気マニホールド１４を介して吸気通路１５と接続されている。また、各気筒１１は、排気マニホールド２１を介して排気通路２２と接続されており、排気マニホールド２１には、排気マニホールド２１内を流れる排気中に燃料を添加するための燃料添加装置２５が設けられている。
【００１４】
排気通路２２の途中には、ターボチャージャ１７のタービン１７ｂが配設されている。排気通路２２のタービン１７ｂよりも下流側の部分には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst)３１の後段にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３２を配置した排気浄化部３
０が配設されている。この排気浄化部３０には、ＤＯＣ３１の温度を測定するための温度センサ３５が設けられている。
【００１５】
吸気通路１５の途中には、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａと、コンプレッサ１７ａからの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１６とが、配設されている。
【００１６】
吸気通路１５のコンプレッサ１７ａよりも上流側の部分には、吸気（新気）の流量を測定するためのエアフローメータ１８が配設されている。また、吸気通路１５のインタークーラ１６よりも下流側の部分には、吸気の流量を調整するための吸気絞り弁１９が配設されている。
【００１７】
排気マニホールド２１と吸気マニホールド１４との間には、排気マニホールド２１内を流れる排気の一部（以下、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)ガスと表記する）を吸気
マニホールド１４に戻すためのＥＧＲ装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、排気マニホールド２１と吸気マニホールド１４とを接続するＥＧＲ通路２０ａと、ＥＧＲ通路２
０ａ内を流れるＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁２０ｂと、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０ｃとにより構成されている。
【００１８】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム（
ファームウェア）等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インターフェース回路等から構成されたユニットである。このＥＣＵ４０には、上記した各種センサに加えて、アクセル開度センサ２８、イグニッションスイッチ等が電気的に接続されており、ＥＣＵ４０は、各センサ／スイッチからの信号に基づき、内燃機関システム１の各部を統合的に制御する。
【００１９】
以下、内燃機関システム１が備えるＥＣＵ４０の機能を、ＥＣＵ４０がＤＯＣ３１のＨＣ（炭化水素）被毒を回復するために行う処理の内容を中心に、説明する。
【００２０】
ＥＣＵ４０は、内燃機関１０が始動されると、内燃機関１０を運転するための各種制御を実行しながら、酸化触媒管理処理を周期的に行う状態となる。
【００２１】
ＥＣＵ４０が周期的に行う酸化触媒管理処理は、図２に示した手順の処理である。すなわち、この酸化触媒管理処理を開始したＥＣＵ４０は、まず、ＤＯＣ３１に付着しているＨＣ量であるＨＣ付着量を推定する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１では、例えば、内燃機関１０の運転状態に基づき、前回のステップＳ１０１の処理の実行時から今回のステップＳ１０１の処理の実行時までの間にＤＯＣ３１に付着したＨＣ量を推定し、前回のステップＳ１０１の処理によるＨＣ付着量の推定結果に、推定したＨＣ量を加算する処理が行われる。
【００２２】
ステップＳ１０１の処理を終えたＥＣＵ４０は、ＨＣ付着量と比較する制御開始閾値を、平均床温から求める処理（ステップＳ１０２）を行う。
【００２３】
ここで、平均床温とは、内燃機関１０の運転中の、ＤＯＣ３１（排気浄化部３０）の昇温制御（ＰＭ再生制御や後述するＨＣ被毒回復制御）が行われていない期間におけるＤＯＣ３１の平均温度のことである。本実施形態に係るＥＣＵ４０は、上記平均床温を得るために、内燃機関１０の運転中、以下の手順の平均床温算出処理を定期的に行う。
（１）ＤＯＣ３１（排気浄化部３０）の昇温制御が行われているか否かを判断し、昇温制御が行われている場合には、平均床温算出処理を終了。
（２）昇温制御が行われていない場合には、温度センサ３５からＤＯＣ３１の温度（以下、触媒床温と表記する）を取得。この処理は、排気浄化部３０に流入する排気の温度等から触媒床温を推定する処理であっても良い。
（３）ＥＣＵ４０内の記憶装置（ＲＡＭ等）の触媒床温記憶領域に記憶されている触媒床温の数がＮ個以下である場合には、触媒床温記憶領域に、今回、取得（推定）した触媒床温を記憶（追加）。触媒床温記憶領域に記憶されている触媒床温の数がＮ個であった場合には、触媒床温記憶領域上の最も過去に記憶された触媒床温の代わりに、今回、取得（推定）した触媒床温を記憶。
（４）触媒床温記憶領域に記憶されているＮ個以下の触媒床温の平均値を、平均床温として算出・記憶して、平均床温算出処理を終了。
【００２４】
尚、Ｎの値及び平均床温算出処理の実行周期は、通常、比較的に長い期間（例えば、走行時間の総和が数時間から数十時間となる期間）中の平均床温が求められるように定められる。
【００２５】
ステップＳ１０２では、上記のような手順で算出される平均床温から、平均床温が上昇するにつれ、大きくなる制御開始閾値を求める処理が行われる。
【００２６】
尚、ステップＳ１０２の処理は、平均床温が上昇するにつれ、大きくなる制御開始閾値を求める処理であれば良い。従って、ステップＳ１０２の処理は、平均床温と制御開始閾値との間の図３に示したような対応関係を規定するテーブルや関数を用いて、平均床温から制御開始閾値を求める処理であっても良い。また、ステップＳ１０２の処理は、平均床温の上昇に伴い、制御開始閾値がステップ状に上昇していくテーブルや関数を用いて、平均床温から制御開始閾値を求める処理であっても良い。
【００２７】
ステップＳ１０２（図２）の処理を終えたＥＣＵ４０は、平均床温から求めた制御開始閾値と、ＨＣ付着量とを比較する（ステップＳ１０３）。そして、ＥＣＵ４０は、ＨＣ付着量＞制御開始閾値が成立していなかった場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、今回の酸化触媒管理処理（図２の処理）を終了する。
【００２８】
一方、ＨＣ付着量＞制御開始閾値が成立していた場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ＨＣ被毒回復制御を開始する（ステップＳ１０４）。ＥＣＵ４０が行うＨＣ被毒回復制御の詳細については後述する。
【００２９】
ＨＣ被毒回復制御を開始したＥＣＵ４０は、ステップＳ１０５にて、ＨＣ付着量を更新する処理と、更新後のＨＣ付着量が制御終了閾値未満であるか否かを判断する処理とを行う。制御終了閾値の詳細については後述するが、ＨＣ付着量を更新する処理とは、触媒床温及び排気中の酸素濃度に応じたＨＣ量を、ＨＣ付着量（ＥＣＵ４０が現在のＨＣ付着量として管理している値）から減ずる処理のことである。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、更新後のＨＣ付着量が制御終了閾値未満ではなかった場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）は、再び、ステップＳ１０５の処理を実行する。そして、ＥＣＵ４０は、ＨＣ付着量が制御終了閾値未満となったときに（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）に、ＨＣ被毒回復制御を終了（ステップＳ１０６）してから、今回の酸化触媒管理処理を終了する。
【００３１】
以下、ＨＣ被毒回復制御及び制御終了閾値について説明する。まず、ＨＣ被毒回復制御について説明する。
【００３２】
ＥＣＵ４０が行うＨＣ被毒回復制御は、排気浄化部３０に流入する排気中の酸素濃度を低下させた上で排気の温度を上昇させる制御である。排気中の酸素濃度が低ければ、ＤＯＣ３１に付着しているＨＣが燃焼し難くなる。従って、上記ＨＣ被毒回復制御によれば、ＤＯＣ３１に付着しているＨＣが急激に燃焼することによりＤＯＣ３１が急激に過熱されることを抑制することが出来る。
【００３３】
ＨＣ被毒回復制御は、触媒床温（ＤＯＣ３１の温度）が、ＨＣが脱離／燃焼する温度となり、且つ、触媒床温が過度に高い温度まで上がらない制御であれば、その実行中に排気中の酸素濃度や排気の温度を変更しない制御であっても、その実行中に排気中の酸素濃度や排気の温度を変更する制御であっても良い。尚、ＨＣ被毒回復制御時における排気中の酸素濃度を低下させる制御としては、内燃機関１０の空燃比を、よりリッチな空燃比とする制御を採用することが出来る。また、ＨＣ被毒回復制御時における排気の温度を上昇させる制御としては、燃料添加装置２５に燃料を噴射させる制御、吸気絞り弁１９を絞る制御、ＥＧＲ弁２０ｂを開ける制御等を採用することが出来る。
【００３４】
その実行中に排気中の酸素濃度や排気の温度を変更するＨＣ被毒回復制御としては、図４に模式的に示したように、ＨＣ付着量が減少するにつれ、排気中の酸素濃度及び／又は排気の温度を上昇させる制御を採用することが出来る。すなわち、排気中の酸素濃度及び排気の温度を一定に維持していても、ＨＣ付着量が減少するにつれ、ＨＣの燃焼により発
生する熱量は減少していく。そのため、ＨＣ付着量が減少するにつれ、ＨＣが燃焼し易くなる（酸素濃度及び／又は触媒床温が上昇する）ようにしておいても、ＤＯＣ３１に付着しているＨＣの急激な燃焼によりＤＯＣ３１が過度に過熱されることはない。従って、ＨＣ被毒回復制御として、図４に示したような内容の制御を採用しておくことが出来る。
【００３５】
尚、一般に、排気温度を上昇させる制御よりも、排気中の酸素濃度を上昇させる制御の方が、車両性能（燃費、ドライバビリティ等）に悪影響を与え難い。従って、図４に示したような内容のＨＣ被毒回復制御を採用する場合、ＨＣ付着量の減少量に応じて排気中の酸素濃度を上昇させる制御のみが行われるようにしておくか、排気の温度の上昇させる制御が補助的に行われるようにしておくことが好ましい。
【００３６】
また、ＤＯＣ３１の発熱量（付着しているＨＣの燃焼により発生する熱量）は、排気中の酸素濃度、触媒床温、ＨＣ付着量、排気浄化部３０に流入する排気温度、排気浄化部３０から流出する排気温度、外気温、ＤＯＣ３１の熱容量等から算出することが出来る。従って、ＤＯＣ３１の発熱量が触媒床温の過上昇が生じない目標量以下となる酸素濃度や排気温度を、他の情報から求めることが出来るマップや算出式を用意しておき、ＨＣ被毒回復制御を、排気中の酸素濃度を低下させた上で排気の温度を上昇させる制御を行った後、当該マップや算出式を用いて、排気温度や排気中の酸素濃度を変更していく制御としておいても良い。
【００３７】
以下、制御終了閾値について説明する。
【００３８】
制御終了閾値は、制御開始閾値の最小値よりも小さな固定値であっても良い。ただし、平均床温が高い車両におけるＨＣ被毒回復制御終了後の排気温度は、高いことが多いし、平均床温が低い車両におけるＨＣ被毒回復制御終了後の排気温度は、低いことが多い。そのため、図５に模式的に示したように、平均床温が高い車両における触媒床温のＨＣ被毒回復制御終了後の減少速度は、平均床温が低い車両のそれよりも遅くなることが多い。
【００３９】
そして、触媒床温の減少中も触媒床温が比較的に高い間は、ＤＯＣ３１に付着しているＨＣが脱離／燃焼するし、制御開始閾値を固定値とする場合、制御開始閾値を平均床温によって変えている（図３参照）ため、制御終了閾値を比較的に小さな値とせざるを得ない。
【００４０】
従って、制御開始閾値を固定値とした場合、平均床温が比較的に高い車両におけるＨＣ被毒回復制御の実行時間が過度に長くなる（触媒床温が下がりきる前にＨＣ付着量が“０”となる時間分、ＨＣ被毒回復制御が実行される）ことが考えられる。そのような現象が生ずると、燃費が悪化することになるため、図６に模式的に示してあるように、制御終了閾値として、触媒床温のＨＣ被毒回復制御終了後の減少速度（以下、床温減少速度と表記する）が大きくなるほど大きくなる値を使用しておくことが好ましいことになる。
【００４１】
尚、制御終了閾値として、床温減少速度が大きくなるほど大きくなる値を使用することは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したようなテーブルを用いることにより実現できる。すなわり、床温減少速度は、平均床温が上昇するにつれ小さくなる（図５参照）。また、床温減少速度は、冷却水温や外気温や大気圧が上昇しても小さくなる。さらに、床温減少速度は、排気量や、車速（排気通路２２、排気浄化部３０に当たる風速）が上昇するにつれ、大きくなる。
【００４２】
従って、まず、各種条件値（平均床温等）が基準値である場合における制御開始閾値である基準閾値を定めておくと共に、上記のような条件値の中の幾つかの条件値について、条件値に対して“適正な制御開始閾値／基準閾値”を補正係数として記憶したテーブル（
図７（Ａ）、（Ｂ））を用意する。そして、酸化触媒管理処理を、用意した各テーブルから、実際の条件値に対応づけられている補正係数を読み出して基準閾値に乗算することにより制御終了閾値を求める処理に変形しておけば、制御終了閾値として、床温減少速度が大きくなるほど大きくなる値を使用することが出来る。
【００４３】
以上、説明したように、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（ＤＯＣ３１とＥＣＵ４０とからなる装置）は、平均床温が低い場合、換言すれば、触媒床温が上昇することが少ない場合に、ＨＣ被毒回復制御の実行頻度が増える構成を有する。従って、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＨＣ付着量と固定値とを比較して、酸化触媒のＨＣ被毒を回復するための制御を開始する装置よりも、酸化触媒のＨＣ被毒を良好に回復することができる。また、排気温度を上昇させる際に酸素濃度を低下させるので、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、酸化触媒の急激な高温化を抑制できることにもなる。
【００４４】
《変形形態》
上記した技術は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、ＥＣＵ４０に、暖機完了前に、内燃機関１０が停止された（イグニッションキーがオフされた）頻度を計数する機能を付与しておき、当該頻度が多い場合には、制御開始閾値をより低くするようにしておいても良い。
【００４５】
また、ステップＳ１０２の処理を、酸化触媒管理処理中で行わなくても良いことや、上記技術を、４気筒のディーゼルエンジン以外の内燃機関の排気通路に配設された酸化触媒のＨＣ被毒回復に適用しても良いことなどは、当然のことである。
【符号の説明】
【００４６】
１０    内燃機関
１１    気筒
１２    インジェクタ
１３    コモンレール
１４    吸気マニホールド
１５    吸気通路
１６    インタークーラ
１７    ターボチャージャ
１７ａ    コンプレッサ
１７ｂ    タービン
１８    エアフローメータ
１９    吸気絞り弁
２０ａ    ＥＧＲ通路
２０ｂ    ＥＧＲ弁
２０ｃ    ＥＧＲクーラ
２１    排気マニホールド
２２    排気通路
２５    燃料添加装置
２８    アクセル開度センサ
３０    排気浄化部
３１    ＤＯＣ
３２    ＤＰＦ
３５    温度センサ
４０    ＥＣＵ
【図１】
2016205341.tif 000003
【図２】
2016205341.tif 000004
【図３】
2016205341.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016205341.tif 000007
【図６】
2016205341.tif 000008
【図７】
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