(57)【要約】【課題】低コストでマイクロ波による触媒暖機を行うことのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】実施の形態にかかるエンジン１０は、触媒３４と、マイクロ波照射装置３６を備えている。触媒３４は、内燃機関１０の排気通路に設けられて、スス８２が付着する付着体（具体的には触媒金属８０）を表面に有している。マイクロ波照射装置３６は、触媒３４にマイクロ波３８を照射し、これにより触媒３４を暖機することができる。このような構成において、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転状態から触媒金属８０に付着しているスス８２の量を推定し、推定したスス８２の量が所定量よりも少なくかつエンジン負荷が所定負荷よりも小さくなった場合に、スス８２発生量を増加させるスス発生制御を実施する。【選択図】図３
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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てススが付着する付着体を表面に有する触媒と、前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態から前記付着体上に付着しているススの量を推定し、前記推定したススの量が所定量よりも少なくかつ前記内燃機関の負荷が所定負荷よりも小さくなった場合に前記内燃機関のスス発生量を増加させる制御を実施する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平５−２２２９２４号公報に開示されているように、セラミックからなる触媒担体に触媒物質を含むマイクロ波吸収材を高密度に担持させ、触媒にマイクロ波を照射することで触媒を暖める方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２２９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の方法では、高密度のマイクロ波吸収体を触媒に設けるようにしており、触媒の構造を従来のものから変更する必要があるため、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低コストでマイクロ波による触媒暖機を行うことのできる内燃機関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】
【０００６】
本発明にかかる内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられてススが付着する付着体を表面に有する触媒と、前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態から前記付着体上に付着しているススの量を推定し、前記推定したススの量が所定量よりも少なくかつ前記内燃機関の負荷が所定負荷よりも小さくなった場合に前記内燃機関のスス発生量を増加させる制御を実施する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スス発生制御を実施することでススをマイクロ波吸収体として利用するようにしたので、低コストでマイクロ波による触媒暖機を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置を、これが適用される内燃機関のハードウェア構成とともに示す図である。内燃機関１０（以下、エンジン１０とも称す）は、エンジン本体２０を備えている。エンジン本体２０は、４つの気筒＃１〜＃４を備えたシリンダブロックおよびシリンダヘッドを備えており、シリンダヘッドに形成された各気筒の吸気ポートおよび排気ポートには吸気弁および排気弁が設けられている。エンジン本体２０は、気筒＃１〜＃４それぞれに燃料噴射弁を備えており、それぞれの燃料噴射弁は燃料噴射装置５０と接続している。燃料噴射装置５０は、噴射庄、パイロット噴射量、パイロットインターバルなどを制御することができる。エンジン本体２０は、各気筒の吸気ポートに連通する吸気マニフォールド２２を備えており、この吸気マニフォールド２２は吸気通路２４に連通している。吸気通路２４は、サージタンク、インタークーラなどを介してターボチャージャ４０のコンプレッサ４２に連通している。コンプレッサ４２はさらに上流の吸気通路２８に連通している。エンジン本体２０は、各気筒の排気ポートに連通する排気マニフォールド３０を備えており、この排気マニフォールド３０はターボチャージャ４０のタービン４４を介して触媒コンバータ３２に連通している。触媒コンバータ３２内には触媒３４とともに、その上流に設けられてマイクロ波３８を触媒３４に照射するマイクロ波照射装置３６が設けられている。エンジン１０は、ＥＧＲ通路６０を備えている。ＥＧＲ通路６０の一端は排気マニフォールド３０に連通し、ＥＧＲ通路６０の他端は吸気マニフォールド２２に連通しており、吸気マニフォールド２２との接続部にＥＧＲ弁６２が設けられている。上記のようにエンジン１０はターボ過給機を備えるＥＧＲ可能な内燃機関であるが、図１に示した具体的構造に本発明が限定されるものではない。なお、触媒３４の下流にＰＭフィルターが設けられていてもよい。
【００１０】
エンジン１０は、電子制御ユニットであるＥＣＵ７０を備えている。本発明にかかる内燃機関の制御装置は、このＥＣＵ７０の一機能として実施される。ＥＣＵ７０はＥＧＲ弁６２と接続しており、ＥＣＵ７０の制御信号に従ってＥＧＲ弁６２の開閉の切替および開度制御が行われる。ＥＣＵ７０はマイクロ波照射装置３６と接続しており、ＥＣＵ７０の制御信号に従ってマイクロ波３８が触媒３４に照射される。ＥＣＵ７０は燃料噴射装置５０と接続しており、燃料噴射にかかる噴射圧、噴射量、噴射時期、および噴射インターバルなどが制御される。ＥＣＵ７０は、図示しない各種センサ（例えば、エアフローメータ、クランク角センサ、カム角センサなど）および各種アクチュエータ（燃料噴射弁、および必要に応じて設けられる可変動弁機構など）とも接続しており、それらからのセンサ信号を受信しかつ制御信号を伝達することで、内蔵メモリに記憶した制御プログラムに従ってエンジン１０を制御することができる。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の触媒３４を示す図である。触媒３４は、触媒金属８０を含んでおり、この触媒金属８０は具体的にはパラジウム、ロジウム、白金などである。触媒金属８０は、スス８２を担持することができる。これにより、排気中のスス８２をマイクロ波吸収体として利用することができる。
【００１２】
本実施形態においてマイクロ波３８により触媒３４に堆積したスス８２を温める温度はスス８２が燃えない程度の温度であり、２００℃〜３００℃程度であることが好ましい。これにより、触媒３４が暖まる前にスス８２が燃え尽きてしまうことを防ぎ、触媒３４が暖まり切らないことを防ぐことができる。スス８２は５００℃程度で燃えるので、エンジンの運転状態によっては燃えることもある。
【００１３】
以上説明したように、実施の形態にかかるエンジン１０は、触媒３４と、マイクロ波照射装置３６を備えている。触媒３４は、内燃機関１０の排気通路に設けられて、スス８２が付着する付着体（具体的には触媒金属８０）を表面に有している。マイクロ波照射装置３６は、触媒３４にマイクロ波３８を照射し、これにより触媒３４を暖機することができる。このような構成において、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転状態から触媒金属８０に付着しているスス８２の量を推定し、推定したスス８２の量が所定量よりも少なくかつエンジン負荷が所定負荷よりも小さくなった場合に、スス８２発生量を増加させるスス発生制御を実施する。「エンジン１０の負荷が所定負荷よりも小さくなった場合」には、具体的には、エンジン１０のアイドリング中、またはエンジン１０が停止するとき（停止しようとしている時）を含む。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。図３のルーチンでは、触媒３４へのスス堆積量をモニタしておき、エンジン停止時にスス堆積量が不足していると判断すると、ＩＧオフ〜エンジン回転停止までの聞に燃料を噴射しエンジンにてスス８２を生成し触媒３４に堆積させる。エンジン停止時に、次回の冷機始動時に必要となるマイクロ波吸収体であるスス８２を触媒３４に堆積しておくことができる。ＩＧオフ〜エンジン回転停止までの期間は、エンジンに熱が残っていてもスス８２が燃える温度にはならない。
【００１５】
（ステップＳ１００）
図３のルーチンでは、まず、ＥＣＵ７０は、スス堆積量をモニタする処理を実行する。例えば、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｑで定めたマップで、触媒３４へのスス堆積増加量および減少量を積算する。
【００１６】
（ステップＳ１０１）
次に、ＩＧオフか否かが判定される。ＩＧオフでなければ処理はステップＳ１００に戻り、ＩＧオフであれば次のステップＳ１０２に進む。
【００１７】
（ステップＳ１０２）
次に、ＥＣＵ７０は、触媒３４スス堆積量が不足しているか否かを判定する処理を実行する。冷機始動時に最低限必要な所定堆積量を予め決めておき、ステップＳ１００の計算値がそれを下回っているか否かを判定する。必要なスス堆積量は外気温、気圧、ユーザ走行パターン学習などで補正することが好ましい。スス堆積量が不足していると判定された場合には、処理はステップＳ１０３に進む。
【００１８】
（ステップＳ１０３）
次に、ＥＣＵ７０は、エンジン運転を継続するとともに、スス発生制御を実行する。例えば、燃料噴射装置５０を制御することで予め定めた低い噴射庄、多いパイロット噴射量、適切なパイロットインターバルとし、ＥＧＲ弁６２を制御することでＥＧＲ量を増加させるなどにより、スス８２の発生量を増加させる。この制御は、エンジン停止過程で行うことが好ましく、トルクが発生しないように噴射時期などを制御することが好ましい。その後、処理はステップＳ１０２に戻り、スス８２の量が十分となるまで処理がループする。
【００１９】
（ステップＳ１０４）
一方、ステップＳ１０２においてスス堆積量が所定堆積量以上となった場合には、スス体積量が不足していないと判定され、処理はステップＳ１０４に進み、エンジン停止処理が行われ、エンジン１０が停止される。その後今回のルーチンが終了する。
【００２０】
以上の処理によれば、エンジン停止の際にスス堆積量を十分に確保できるので、次回の冷機始動時にマイクロ波照射装置３６が作動することによって触媒３４を十分に暖めることができる。なお、エンジン停止のほかにも例えばアイドリング中などのエンジン１０の負荷が所定負荷より小さくなった場合に図３のルーチンを実行することができ、ステップＳ１０１の処理をアイドリング実行可否判定に置き換えてもよい。
【００２１】
以上説明した本実施形態においては、このため触媒３４へのスス堆積量をモニタしておき、エンジン停止時にスス堆積量が不足していると判断すると、ＩＧオフ〜エンジン回転停止までの間に燃料を噴射しエンジンにてスス８２を生成し触媒３４に堆積させることができる。マイクロ波による触媒３４の早期暖機をするために、マイクロ波の吸収体として排気中のスス８２を利用する。これにより触媒３４を特別に改良することなくマイクロ波加熱が実施できるため、コストアップを抑制するとともに、触媒の耐久性が低下することを抑制できる。
【００２２】
本実施形態の作用効果を説明すると、スス８２が触媒３４上に付着していれば、スス８２にマイクロ波を当てることで触媒３４を暖めることができる。しかし、排気温度が高まるとスス８２は燃焼してしまう。そこで、アイドリング前やエンジンを停止するときに触媒３４上にスス８２が少ない場合には、スス８２を発生させる制御を行い、触媒３４上にスス８２を補充する。これにより、冷間始動時に触媒３４上にスス８２が無い状況を無くすことができる。そのため、触媒３４上にマイクロ波吸収体を特別に設けなくても、内燃機関から排出されるスス８２をマイクロ波吸収体として活用することができる。従って、触媒３４をマイクロ波で温める場合であってもコストを低減することができる。通常はスス８２を出さないように制御するのが普通であるが、本実施形態ではあえてスス８２を出す制御を実施するという特徴がある。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。早期暖機以外にも、硫黄、ＨＣなどによる被毒の再生にもマイクロ加熱を利用することができる。好ましくは、マイクロ波の投入エネルギを抑制するために、アイドリング時や低負荷運転時（排気ガスの持ち去り熱量が少ない時）に実施する。この際にも、スス堆積量が不足していると判断した場合はエンジン１０を制御してスス８２を生成し、触媒３４に堆積させる。たとえば硫黄被毒の再生には比較的高い温度まで触媒３４を加熱するため、加熱中にスス８２が酸化し減少する。その際にも随時スス８２を補充することで、加熱の維持が可能になる。
【００２４】
（ステップＳ２０１）
図４のルーチンでは、まず、ＥＣＵ７０は、スス堆積量をモニタする処理を実行する。例えば、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｑで定めたマップで、触媒３４へのスス堆積増加量および減少量を積算していく。
【００２５】
（ステップＳ２０２）
次に、ＥＣＵ７０は、触媒３４の被毒再生が必要か否かを判定する処理を実行する。例えばＮｅ−Ｑマップで触媒３４の被毒増加量、減少量を積算していき、被毒再生が必要かどうかを判定するために予め定めた所定被毒量と比較判定する。被毒再生が必要ないと判定された場合には、処理はステップＳ２０２でループし、以降の処理には進まない。一方、被毒再生が必要判定された場合には、次のステップＳ２０３に処理が進む。
【００２６】
（ステップＳ２０３）
次に、ＥＣＵ７０は、触媒３４スス堆積量が不足しているか否かを判定する処理を実行する。冷機始動時に最低限必要なスス堆積量を予め決めておき、ステップＳ２０１の計算値がそれを下回っているか判定する。その後、処理はステップＳ１０２に戻り、スス８２の量が十分となるまで処理がループする。
【００２７】
（ステップＳ２０４）
次に、ＥＣＵ７０は、スス発生制御を実行する。例えば、燃料噴射装置５０を制御することで予め定めた低い噴射庄、多いパイロット噴射量、適切なパイロットインターバルとし、ＥＧＲ弁６２を制御することでＥＧＲ量を増加させるなどにより、スス８２の発生量を増加させる。その後、処理がステップＳ２０２に戻る。
【００２８】
以上の処理によれば、触媒被毒再生が必要である場合に、触媒３４のスス堆積量を確保することができる。
【００２９】
ＥＣＵ７０は、図４に示したスス堆積量確保のルーチンを実行するのと並行して、図示しない他のルーチンによって所望のタイミングでマイクロ波照射装置３６を制御してマイクロ波３８を触媒３４に照射する。これにより、硫黄、ＨＣなどによる被毒の再生にもマイクロ加熱を利用することができる。
【００３０】
なお、特開平１１−２４４７１１号公報にかかる技術では、触媒基材内部、または表面にマイクロ波吸収体を配置するように触媒を作りこんでおくことが提案されている。マイクロ波を用いて排気ガス全量、または触媒システム全体の温度上昇させるエネルギに比べ、小さいエネルギ、および時間応答性を高く排気を浄化する。しかしながら、次のような問題点、課題がある。まず、触媒基材内部、または表面にマイクロ波吸収体を配置しておくように触媒を作りこんでおくことが必要なので、コストが増加するという問題がある。その理由は、マイクロ波吸収体を追加するための材料費、工程追加費が発生するからである。また、触媒基材に内包することによる強度および耐久性の低下を招くという問題もある。その原因は、異物を混ぜるからである。また特に、マイクロ波加熱時には吸収体と周辺基材との温度差が拡大することにより熱応力が発生することも原因である。また、基材表面に吸収体を配置することにより排気浄化機能が低下するという問題もある。その理由は、バインダ変更による触媒金属の分散性が低下すること、および触媒金属の表面積が低下することなどである。この点、本実施形態によればこれらの問題が生ずるのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  内燃機関（エンジン）、２０  エンジン本体、２２  吸気マニフォールド、２４、２８  吸気通路、３０  排気マニフォールド、３２  触媒コンバータ、３４  触媒、３６  マイクロ波照射装置、３８  マイクロ波、４０  ターボチャージャ、４２  コンプレッサ、４４  タービン、５０  燃料噴射装置、６０  ＥＧＲ通路、６２  ＥＧＲ弁、８０  触媒金属、８２  スス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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