(57)【要約】【課題】  燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制可能な内燃機関の排気制御システムを提供する。【解決手段】  内燃機関１の排気系を構成する排気通路９のうち、浄化触媒１６よりも上流側の部分に設けられた主排気通路９１と、主排気通路９１をバイパスする副排気通路９２と、主排気通路９１と副排気通路９２との間で排気の流通経路を切り替える流通経路切替弁９３と、副排気通路９２で排気に含まれる金属物質を捕集する金属物質捕集手段としての屈曲部９２ａ、９２ｂと、燃料中の金属物質の割合を検出する金属物質検出手段５０１とを備えた内燃機関の排気制御システムであって、金属物質検出手段５０１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍに応じて、流通経路切替弁９３を制御する特定排気制御手段５０３を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系のうち、触媒よりも上流側の部分に設けられた主排気通路と、
前記主排気通路をバイパスする副排気通路と、
前記主排気通路と前記副排気通路との間で排気の流通経路を切り替える流通経路切替手段と、
前記副排気通路で排気に含まれる金属物質を捕集する金属物質捕集手段と、
燃料中の金属物質の割合を検出する金属物質検出手段と
を備えた内燃機関の排気制御システムであって、
前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合に応じて、前記流通経路切替手段を制御する特定排気制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気制御システムであって、
前記金属物質捕集手段が、前記副排気通路のうち、流通する排気が衝突するように形成された部分であることを特徴とする内燃機関の排気制御システム。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の排気制御システムであって、
前記金属物質捕集手段が金属物質を捕集するフィルタであることを特徴とする内燃機関の排気制御システム。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の排気制御システムであって、
前記副排気通路が排気の流通経路になっているときの排気圧に応じて、前記フィルタの異常を検出するフィルタ異常検出手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気制御システム。
【請求項５】
請求項１から４いずれか１項記載の内燃機関の排気制御システムであって、
前記金属物質検出手段が、前記金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いと、前記金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いとに基づいて検出を行うことを特徴とする内燃機関の排気制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気制御システムに関し、特に内燃機関の排気系に設けられた触媒に金属物質がデポジットとして堆積することを抑制するための内燃機関の排気制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に供給される燃料は、例えばノッキングの発生を抑制するために、金属添加物として金属酸化物または有機金属化合物等の金属化合物、金属、または、金属イオン等の金属物質を含むことがある。この点、燃料中に含まれる金属物質に関する技術という点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。このほかデポジットが堆積することを抑制する技術という点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献３で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５０９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１９６０号公報
【特許文献３】特開２００４−２７０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関に供給される燃料が金属物質を含む場合には、内燃機関の排気にも金属物質が含まれるようになる。このとき内燃機関の排気系に設けられた触媒には、排気に含まれる金属物質が付着および堆積し、排気の流通を阻害する詰まりを発生させ、この結果、触媒の機能低下や燃費の悪化を招くことがある。この点、例えば前述の特許文献１または２が提案する技術によれば、燃料が内燃機関に供給される前に、燃料中に含まれる金属イオンや不純鉄分を予め除去できるため、排気に金属イオンや不純鉄分が含まれることを抑制できる。
【０００５】
しかしながら、これら特許文献１または２が提案する技術では、金属イオンや不純鉄分以外の金属物質については必ずしも除去することができないと考えられ、この場合には、依然として排気に金属物質が含まれることになることから、金属物質が触媒にデポジットとして堆積してしまう虞がある。また、金属物質はデポジットとして既に堆積してしまった後では除去することが困難であるため、燃料が金属物質を含む場合に、金属物質が触媒にデポジットとして堆積することをいかに抑制するかが重要な課題となっている。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制可能な内燃機関の排気制御システム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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関の排気系のうち、触媒よりも上流側の部分に設けられた主排気通路と、前記主排気通路をバイパスする副排気通路と、前記主排気通路と前記副排気通路との間で排気の流通経路を切り替える流通経路切替手段と、前記副排気通路で排気に含まれる金属物質を捕集する金属物質捕集手段と、燃料中の金属物質の割合を検出する金属物質検出手段とを備えた内燃機関の排気制御システムであって、前記金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合に応じて、前記流通経路切替手段を制御する特定排気制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、燃料中の金属物質の割合に応じて、金属物質捕集手段が設けられた副排気通路が排気の流通経路になるように流通経路切替手段を制御することで、排気に含まれる金属物質を捕集することができるので、燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制できる。
【０００９】
なお、特定排気制御手段は、具体的には例えば金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合には、副排気通路が排気の流通経路になるように流通経路切替手段を制御し、金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が所定値以下の場合には、主排気通路が排気の流通経路になるように流通経路切替手段を制御するように構成することができる。このときには燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、排気に含まれる金属物質を金属物質捕集手段で捕集することができ、これにより燃料中の金属物質の割合が所定値よりも大きい場合に、燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制できる。
【００１０】
またこのときには所定値の設定次第で、燃料中の金属物質の割合が大きいときに、副排気通路が排気の流通経路になるように流通経路切替手段を制御するよう特定排気制御手段を構成することができるほか、燃料中の金属物質の割合が小中程度以上であるときや、燃料中に金属物質が含まれているときに、副排気通路が排気の流通経路になるように流通経路切替手段を制御するよう特定排気制御手段を構成することもできる。またこれに限られず、特定排気制御手段は具体的には例えば、金属物質検出手段が検出した燃料中の金属物質の割合が大きいほど、副排気通路により多くの排気を流通させるように流通経路切替手段の開度を制御する構成とすることなどもできる。
【００１１】
また本発明は前記金属物質捕集手段が、前記副排気通路のうち、流通する排気が衝突するように形成された部分である構成であってもよい。本発明によれば、排気に含まれる金属物質が、排気が衝突するように形成された部分に付着および堆積するため、燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制できる。なお、排気が衝突するように形成された部分は具体的には例えば副排気通路を屈曲させた部分であることが好ましく、さらに屈曲した部分は鋭角をなすように屈曲していることが、排気に含まれる金属物質を付着および堆積させるにあたって好適である。
【００１２】
また本発明は前記金属物質捕集手段が金属物質を捕集するフィルタである構成であってもよい。本発明によれば、排気に含まれる金属物質を効果的に捕集できる。また本発明によれば、フィルタを脱着自在に備えることで、金属物質の堆積によりフィルタが目詰まりした場合であっても、フィルタを交換することで対処でき、これにより金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを継続的に抑制できる。なお、フィルタは金属物質を積極的に吸着する機能を有するものに限られず、排気が通過する際に、排気に含まれる金属物質が衝突、或いは接触により付着するものであってよい。このようなフィルタとしては、例えば排気の流通経路を格子状に分割するメッシュフィルタを積層したものを適用することができる。
【００１３】
また本発明は前記副排気通路が排気の流通経路になっているときの排気圧に応じて、前記フィルタの異常を検出するフィルタ異常検出手段をさらに備える構成であってもよい。本発明によれば、金属物質の堆積による異常が発生しているフィルタを交換すべきことをユーザに知らせることが可能になり、これによってフィルタを交換することで、燃料中に含まれる金属物質が触媒に堆積することを継続的に抑制することができる。なお、副排気通路が排気の流通経路になっているときの排気圧としては、具体的には例えばフィルタと浄化触媒との間の排気圧を適用することができる。
【００１４】
また本発明は前記金属物質検出手段が、前記金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いと、前記金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関に供給したときのノッキングの発生度合いとに基づいて検出を行う構成であってもよい。ここで、燃料中の金属物質の割合とノッキングの発生しやすさには相関があるため、金属物質量検出手段は具体的には例えば本発明のようにノッキングの発生度合い（以下、単にノック度合いとも称す）に基づいて燃料中の金属物質の割合を検出（推定）することが好適である。本発明によれば、燃料中の金属物質の割合を精度良く検出することができる。
【００１５】
なお、ノッキングは燃料中の金属物質の割合が大きいほど発生しにくくなる。また、ノッキングの発生度合いには、ノッキングの発生しやすさと相関関係を有し、ノッキングの発生しやすさを指標することが可能な適宜の指標値を適用することができ、この指標値には検出値や推定値や各種の状態量や制御量などが含まれる。この点、内燃機関に設けられたノックセンサの出力に基づき算出されるノック強度に応じて、点火時期が変更される場合には、例えば点火時期をノッキングの発生度合いとすることができる。
【００１６】
また金属物質検出手段が行う検出には、例えば本発明のように推定の意味合いも含まれる。この点、請求項１から４いずれか１項記載の本発明にあっては、金属物質検出手段は、例えば燃料中の金属物質の量を直接的に検出することによって、燃料中の金属物質の割合を検出してもよい。また燃料中の金属物質の割合は、燃料が新たに供給されるまでの間は変化しないといえるところ、さらに金属物質検出手段を、燃料が新たに燃料タンクに供給されたときに検出を行う構成とすれば、燃料中の金属物質の割合を合理的に検出することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料中に含まれる金属物質が触媒にデポジットとして堆積することを抑制可能な内燃機関の排気制御システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、この実施例に係る排気制御システムを含む内燃機関システム１００Ａの全体構成図である。この実施例に係る内燃機関システム１００Ａは、内燃機関１の排気系を構成する排気通路９にスタートカタリストである浄化触媒（請求項記載の触媒に相当）１６を備えており、また浄化触媒１６よりも上流側の部分に主排気通路９１と、この主排気通路９１をバイパスする副排気通路９２とを備えている。内燃機関１には４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１に供給される燃料Ｆは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によってポート噴射弁６に供給される。そして、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通る空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７1〜７4を通って各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ導入される。
【００２０】
この実施例においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ燃料Ｆを供給するが、ポート噴射弁を気筒数分用意して、各気筒１ｓ1〜１ｓ4のインテークマニホールド７1〜７4へ燃料Ｆを噴射してもよい。また、ポート噴射弁の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁とを備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。
【００２１】
内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル１７と連動する。この実施例において、アクセル１７の開度はアクセル開度センサ４６で検出されて、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０Ａに取り込まれる。アクセル開度センサ４６からのアクセル開度情報を元に、エンジンＥＣＵ５０Ａはスロットル弁４の開度を調整する。
【００２２】
アクセル開度が大きくなると、スロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル開度が小さくなると、スロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３のうち、スロットル弁４よりも上流の部分に設けられるエアフローセンサ４２でその流量が計測されて、計測値はエンジンＥＣＵ５０Ａに取り込まれる。エンジンＥＣＵ５０Ａは、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料噴射量Ｑｆを決定する。
【００２３】
内燃機関１には上記回転数センサ４３や冷却水温を検出するための冷却水温センサ４５のほか、ノックセンサ４７が設けられている。ノックセンサ４７は内燃機関１のシリンダブロック部の振動Ｖｃを検出し、振動Ｖｃを表す信号を出力するようになっている。この信号は、ノック度合いを表す指標値としてのノッキング強度ＳＮを算出するために使用される。
【００２４】
内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、主排気通路９１または副排気通路９２を流通した後、浄化触媒１６に流入し、浄化触媒１６で浄化された後に大気中へ放出される。主排気通路９１は排気通路９の一部分に相当し、副排気通路９２は主排気通路９１をバイパスするように排気通路９に接続されている。この副排気通路９２はこの実施例では具体的には主排気通路９１の下流側では排気通路９にそのまま接続されており、主排気通路９１の上流側では流通経路切替弁（請求項記載の流通経路切替手段に相当）９３を介して排気通路９に接続されている。
【００２５】
流通経路切替弁９３は、主排気通路９１と副排気通路９２との間で排気の流通経路を切り替えるための構成であり、この実施例では電子制御で排気の流通経路を主排気通路９１または副排気通路９２に切り替えることが可能な切替弁で実現されている。但しこれに限られず、流通経路切替弁９３は、例えば電子制御でさらに開度を調節可能な切替弁であってもよい。
【００２６】
副排気通路９２には、２つの屈曲部９２ａ、９２ｂが設けられている。これら屈曲部９２ａ、９２ｂ各々は鋭角をなすように屈曲している。このため副排気通路９２を流通する排気は、屈曲部９２ａ、９２ｂを通過する際に、屈曲部９２ａ、９２ｂの壁面に衝突し、この結果、排気に含まれる金属物質は屈曲部９２ａ、９２ｂに付着および堆積する。この実施例では屈曲部９２ａ、９２ｂで金属物質捕集手段が実現されている。なお、屈曲部は２つに限られず、その数が多いほど金属物質捕集手段としての効果を全体で高めることができる。排気通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４４が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、エンジンＥＣＵ５０Ａで決定される燃料噴射量を補正する。
【００２７】
燃料タンク７０内にはフィードポンプ７１が設けられている。フィードポンプ７１には燃料残量計４８が設けられており、燃料残量計４８は燃料タンク７０内に貯留されている燃料の量（燃料残量）Ｆａを表す信号を出力するようになっている。燃料供給配管７２はフィードポンプ７１とポート噴射弁６とを接続している。燃料供給配管７２には金属除去フィルタ（請求項記載の金属物質除去手段に相当）７５と、金属除去フィルタ７５を迂回するフィルタバイパス路７６とが設けられており、さらに燃料供給配管７２のうち、金属除去フィルタ７５よりも上流側（フィードポンプ７１側）の部分には切替弁７７が設けられている。フィルタバイパス路７７は金属除去フィルタ７５よりも下流側で燃料供給配管７２にそのまま接続されており、金属除去フィルタ７５よりも上流側では切替弁７７を介して燃料供給配管７２に接続されている。
【００２８】
金属除去フィルタ７５は、図３に示すように２つの濾紙７５ａ、７５ｂと、複数の金属物質吸着部材７５ｃとを有して構成されている。一方の濾紙７５ａは金属除去フィルタ７５のうち、上流側の端部を構成しており、他方の濾紙７５ｂは金属除去フィルタ７５のうち、下流側の端部を構成している。各濾紙７５ａ、７５ｂは液体を通過させるとともに、液体中の異物（塵および金属物質等）を捕集するようになっている。各金属物質吸着部材７５ｃは金属物質を吸着するための部材である。各金属物質吸着部材７５ｃは粒状に形成されている。この実施例では、各金属物質吸着部材７５ｃは金属イオンを吸着するキレート樹脂からなる。各金属物質吸着部材７５ｃは濾紙７５ａと濾紙７５ｂとの間に充填されている。
【００２９】
切替弁７７は電子制御で駆動可能な三方弁となっており、フィルタ通過状態と、フィルタ迂回状態とを切り替えることができるようになっている。フィルタ通過状態では、燃料Ｆが金属除去フィルタ７５を流通し、このとき燃料Ｆはフィルタバイパス路７６を流通しないようになっている。一方、フィルタ迂回状態では、燃料Ｆはフィルタバイパス路７６を流通し、このとき燃料Ｆは金属除去フィルタ７５を流通しないようになっている。
【００３０】
このため、切替弁７７の状態がフィルタ通過状態に設定された場合、フィードポンプ７１により送り出された燃料Ｆは、金属除去フィルタ７５を通過した後、ポート噴射弁６に到達する。このとき燃料Ｆ中の金属物質が金属除去フィルタ７５によって捕集されることによって、ポート噴射弁６に到達する燃料は金属物質が除去された状態となる。このため切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定することで、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給することができる。
【００３１】
一方、切替弁７７の状態がフィルタ迂回状態に設定された場合、フィードポンプ７１により送り出された燃料Ｆは、金属除去フィルタ７５を通過することなくフィルタバイパス路７６を通過して、ポート噴射弁６に到達する。このときポート噴射弁６に到達する燃料には、金属物質が含まれたままの状態になっている。このため切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定することで、金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給することができる。
【００３２】
この実施例では、通常、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定し、後述するように燃料Ｆ中の金属物質の割合を検出する場合にのみ切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定するようにしている。これにより、金属除去フィルタ７５を長持ちさせることができ、ひいてはこの実施例の内燃機関の排気制御システムによって、燃料Ｆ中に含まれる金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを好適に抑制できる。
【００３３】
次に、エンジンＥＣＵ５０Ａの構成について図２を用いて詳述する。図２に示すようにエンジンＥＣＵ５０Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力及び出力ポート５５、５６と、入力及び出力インターフェイス５７、５８とを有して構成されている。ＣＰＵ５０ｐ、記憶部５０ｍ、入力ポート５５及び出力ポート５６は、バス５４1〜５４3を介して互いに接続されている。
【００３４】
入力ポート５５には、入力インターフェイス５７が接続されている。入力インターフェイス５７には、エアフローセンサ４２、回転数センサ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、冷却水温センサ４５、アクセル開度センサ４６、ノックセンサ４７、燃料残量計４８その他の、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御などに必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御などに必要な情報を取得することができる。
【００３５】
出力ポート５６には、出力インターフェイス５８が接続されている。出力インターフェイス５８には、スロットル弁４、ポート噴射弁６、切替弁７７、流通経路切替弁９３その他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象などが接続されている。出力インターフェイス５８は、制御回路５８1、５８2等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、エンジンＥＣＵ５０ＡのＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御などを行うことができる。
【００３６】
記憶部５０ｍには、ＣＰＵ５０ｐが実行する処理が記述されたコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。エンジンＥＣＵ５０Ａでは、ＣＰＵ５０ｐが記憶部５０ｍに格納されたコンピュータプログラムに基づき処理を実行することで、制御手段や判定手段などの各種の手段が機能的に実現される。
【００３７】
このうちこの実施例では、内燃機関１の運転制御を行うための運転制御手段５０９のほか、本発明と関連性が高い手段として具体的には例えば図２に示すように金属物質検出手段５０１や、ノック度合い算出手段５０２や、特定排気制御手段５０３が機能的に実現される。
金属物質検出手段５０１は、燃料中の金属物質の割合を検出するための構成である。この点、金属物質検出手段５０１はこの実施例では具体的には燃料中の金属物質の割合として、燃料に含まれる金属物質の濃度（以下、燃料中金属添加物濃度Ｃｍと称す）を検出（算出）するように構成されている。
また金属物質検出手段５０１は、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給したときのノック度合いと、金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給したときのノック度合いとに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。
さらに金属物質検出手段５０１は、燃料が新たに燃料タンク７０に供給されたときに、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを検出するように構成されている。この点、燃料が新たに燃料タンク７０に供給されたか否かは、燃料残量計４８の出力に基づき判定することができる。
【００３８】
ノック度合い算出手段５０２は、ノック度合いを算出するための構成である。この点、この実施例ではノック度合い算出手段５０２は、ノック度合いとして点火時期ＳＡを算出するように構成されている。具体的には、ノック度合い算出手段５０２は、金属物質が除去された状態の燃料を内燃機関１に供給したときの点火時期ＳＡ（以下、このときの点火時期ＳＡを除去時点火時期ＳＡｒｓと称す）を算出するにあたって、切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定するように構成されており、また金属物質が除去されていない状態の燃料を内燃機関１に供給したときの点火時期ＳＡ（以下、このときの点火時期ＳＡを非除去時点火時期ＳＡｎｒｓと称す）を算出するにあたって、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定するように構成されている。
【００３９】
ここでエンジンＥＣＵ５０Ａは、ノックセンサ４７により検出される振動Ｖｃに基づいて算出されるノッキング強度ＳＮが強度閾値ＳＮｔｈ以上となった場合、点火時期ＳＡをより遅角側に補正する。一方、算出されるノッキング強度ＳＮが強度閾値ＳＮｔｈよりも小さい場合、点火時期ＳＡをより進角側に補正する。すなわち、点火時期ＳＡはノッキングが発生しない範囲において可能な限り進角側の時期になるように、ノッキング強度ＳＮに基づいて補正される。なお、このような補正制御は運転制御手段５０９によって実現される。
【００４０】
このため、切替弁７７の状態がフィルタ迂回状態に設定されている期間において、点火時期ＳＡは、切替弁７７の状態がフィルタ通過状態に設定された場合よりも進角側の時期に変更されていく。これに対して、ノック度合い算出手段５０２は、その後、点火時期ＳＡが略一定になったとき、この点火時期ＳＡを非除去時点火時期ＳＡｎｒｓとして保持することで、非除去時点火時期ＳＡｎｒｓを算出するように構成されている。
【００４１】
一方、切替弁７７の状態をフィルタ通過状態に設定した場合には、切替弁７７の状態をフィルタ迂回状態に設定した場合よりもノッキングが発生しやすくなる。このため、点火時期ＳＡは、上記の非除去時点火時期ＳＡｎｒｓよりも遅角側の時期に変更されていく。これに対してノック度合い算出手段５０２は、その後、点火時期ＳＡが略一定になったとき、この点火時期ＳＡを除去時点火時期ＳＡｒｓとして保持することで、除去時点火時期ＳＡｒｓを算出するように構成されている。
【００４２】
ところで上述したように、点火時期ＳＡはノッキングが発生しない範囲において可能な限り進角側の時期となるように、ノッキング強度ＳＮに基づいて補正される。したがって点火時期ＳＡは、ノッキングが発生しやすいほどより遅角側の時期に設定される。すなわち、点火時期ＳＡはノッキングの発生しやすさの程度をよく表すため、ノック度合いとして利用できる。また、燃料中の金属物質の割合に応じて、ノッキングの発生しやすさの程度は変化する。
【００４３】
このため前述の金属物質検出手段５０１は、この実施例ではさらに具体的には保持された非除去時点火時期ＳＡｎｒｓと、保持された除去時点火時期ＳＡｒｓとの点火時期差ＤＳＡを算出するとともに、算出した点火時期差ＤＳＡに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。また点火時期差ＤＳＡに基づいて、燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するにあたって、金属物質検出手段５０１は、算出した点火時期差ＤＳＡに基づいて、図４に示すテーブルマップを参照するとともに、対応する燃料中金属添加物濃度Ｃｍを読み込むことで、燃料中添加物濃度Ｃｍを算出するように構成されている。これにより、燃料中金属添加物濃度Ｃｍをより高い精度で検出することができる。なお、図４に示すテーブルマップでは、点火時期差ＤＳＡが大きいほど、燃料中添加物濃度Ｃｍが大きくなるように、燃料中添加物濃度Ｃｍが予め設定されている。
【００４４】
特定排気制御手段５０３は、金属物質検出手段５０１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍに応じて、排気経路切替弁９３を制御するための構成である。この点、特定排気制御手段５０３は、この実施例ではより具体的には金属物質検出手段５０１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが所定値（ここでは金属濃度閾値Ｃｍ１）よりも大きい場合に、副排気通路９２が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御し、金属物質検出手段５０１が検出した燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１以下の場合に、主排気通路９１が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御するように構成されている。この実施例では、金属濃度閾値Ｃｍ１は燃料中金属添加物濃度Ｃｍが大きい場合に、特定排気制御手段５０３が、副排気通路９２が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御することになる値に予め設定されている。
【００４５】
なお、上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施例に係る金属物質検出手段５０１やノック度合い算出手段５０２や特定排気制御手段５０３や運転制御手段５０９などの各種の手段の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この実施例に係る金属物質検出手段５０１やノック度合い算出手段５０２や特定排気制御手段５０３や運転制御手段５０９などの各種の手段は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、その機能が実現されるものであってもよい。この実施例では内燃機関の排気制御システムは、主排気通路９１と、金属物質捕集手段としての屈曲部９２ａ、９２ｂを備える副排気通路９２と、排気経路切替弁９３と、金属物質検出手段５０１、ノック度合い算出手段５０２、特定排気制御手段５０３および運転制御手段５０９を備えるエンジンＥＣＵ５０Ａとで実現されている。
【００４６】
次に、エンジンＥＣＵ５０Ａで行われる処理を図５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵ５０ｐは前述のようにして燃料中金属添加物濃度Ｃｍを算出するとともに（ステップＳ１１）、燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１２）。なお、この実施例では燃料中金属添加物濃度Ｃｍが大きいか否かを判定できるように金属濃度閾値Ｃｍ１が予め設定されているが、金属濃度閾値Ｃｍ１の設定次第では、燃料中金属添加物濃度Ｃｍが金属濃度閾値Ｃｍ１よりも大きいか否かを判定することで、例えば燃料中金属添加物濃度Ｃｍが小中程度よりも大きいか否かや、燃料中に金属物質が含まれているか否かなどを判定することも可能である。
【００４７】
ステップＳ１２で否定判定であれば、排気に含まれる金属物質の量は少ないと判断できるため、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを抑制する必要性は低いといえる。このためステップＳ１２で否定判定であれば、ＣＰＵ５０ｐは主排気通路９１が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御（主排気通路９１を選択）するための処理を実行する（ステップＳ１４）。この場合には、排気が屈曲部９２ａ、９２ｂを備える副排気通路９２を流通した場合に発生する内燃機関１の背圧の上昇を回避でき、これにより燃費が悪化することを回避できる。
【００４８】
一方、ステップＳ１２で肯定判定であれば、排気に含まれる金属物質の量は多いと判断できるため、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを抑制する必要性が高いといえる。このためステップＳ１２で肯定判定であれば、ＣＰＵ５０ｐは副排気通路９２が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御（副排気通路９２を選択）するための処理を実行する（ステップＳ１３）。この場合には、排気が副排気通路９２を流通するとともに屈曲部９２ａ、９２ｂの壁面に衝突し、このとき排気に含まれる金属物質が屈曲部９２ａ、９２ｂに付着および堆積することから、その後、排気が浄化触媒１６を流通する際に、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを抑制できる。このようにこの実施例に係る金属物質の堆積抑制制御システムは、燃料中に含まれる金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを抑制することができる。
【実施例２】
【００４９】
図６はこの実施例に係る内燃機関の排気制御システムを含む内燃機関システム１００Ｂの全体構成図である。この実施例に係る内燃機関システム１００Ｂは、副排気通路９２に排気フィルタ（請求項記載のフィルタに相当）９４がさらに脱着自在に設けられている点以外、内燃機関システム１００Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、この実施例では副排気通路９２が屈曲部９２ａ、９２ｂを備えているが、排気フィルタ９４を備えている場合には、副排気通路９２は金属物質捕集手段としての屈曲部を備えていなくてもよい。この点、この実施例では副排気通路９２に屈曲部９２ａ、９２ｂに加えてさらに排気フィルタ９４を設けることで、金属物質の捕集効果を高めている。
【００５０】
排気フィルタ９４はこの実施例では排気の流通経路を格子状に分割したメッシュフィルタを複数積層したもので実現されており、副排気通路９２を流通する排気は、排気フィルタ９４を通過する際に排気フィルタ９４に衝突、接触する。このとき排気に含まれる金属物質は、排気フィルタ９４に付着および堆積するため、のちに排気が浄化触媒１６を流通する際に、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを抑制できる。
【００５１】
この実施例では、内燃機関の排気制御システムは主排気通路９１と、金属物質捕集手段としての屈曲部９２ａ、９２ｂを備える副排気通路９２と、排気経路切替弁９３と、金属物質捕集手段としての排気フィルタ９４と、金属物質検出手段５０１、ノック度合い算出手段５０２、特定排気制御手段５０３および運転制御手段５０９を備えるエンジンＥＣＵ５０Ａとで実現されており、この実施例に係る内燃機関の排気制御システムによれば、実施例１の場合と比較して、さらに排気フィルタ９４で排気に含まれる金属物質を捕集することができるので、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することをより好適に抑制できる。またこの実施例に係る内燃機関の排気制御システムによれば、排気フィルタ９４が脱着自在に設けられているため、排気フィルタ９４に金属物質が堆積した結果、目詰まりが発生しても、排気フィルタ９４を交換することによって、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを継続的に抑制できる。
【実施例３】
【００５２】
図７はこの実施例に係る内燃機関の排気制御システムを含む内燃機関システム１００Ｃの全体構成図である。内燃機関システム１００Ｃは、エンジンＥＣＵ５０Ａの代わりにエンジンＥＣＵ５０Ｂが適用されている点と、排気通路９に排気圧を検出するための排気圧センサ４９をさらに備えている点以外、内燃機関システム１００Ｂと実質的に同一のものとなっている。この実施例で排気圧センサ４９は、排気通路９のうち、浄化触媒１６よりも上流側の部分に設けられており、さらに具体的には副排気通路９２が下流側で排気通路９に接続する部分と、浄化触媒１６との間に設けられている。このためこの排気圧センサ４９は、副排気通路９２が排気の流通経路になっているときの排気フィルタ９４と浄化触媒１６との間の排気圧Ｐを検知することができる。
【００５３】
図８はエンジンＥＣＵ５０Ｂの構成を模式的に示す図である。エンジンＥＣＵ５０Ｂは、排気圧センサ４９がさらに入力インターフェイス５７に接続されている点と、フィルタ異常検出手段５０４とフィルタ異常通知手段５０５とフィルタ異常フェールセーフ手段５０６をさらに備えている点以外、エンジンＥＣＵ５０Ａと実質的に同一のものとなっている。フィルタ異常検出手段５０４は、副排気通路９２が排気の流通経路になっているときの排気圧に応じて、排気フィルタ９４の異常を検出するための構成である。この点、フィルタ異常検出手段５０４はこの実施例では具体的には、副排気通路９２が排気の流通経路になっているときの排気フィルタ９４と浄化触媒１６との間の排気圧Ｐに応じて、排気フィルタ９４の異常を検出するように構成されている。
【００５４】
またフィルタ異常検出手段５０４は、さらに具体的には排気圧センサ４９の出力に基づき、副排気通路９２が排気の流通経路になっているときの排気フィルタ９４と浄化触媒１６との間の排気圧Ｐが所定値（ここでは背圧閾値Ｐｃ）以上である場合に、排気フィルタ９４が正常である、と判定し、副排気通路９２が排気の流通経路になっているときの排気フィルタ９４と浄化触媒１６との間の排気圧Ｐが背圧閾値Ｐｃよりも小さい場合に、排気フィルタ９４に異常がある、と判定することで、排気フィルタ９４の異常を検出するように構成されている。背圧閾値Ｐｃは、フィルタ異常検出手段５０４が、排気フィルタ９４の異常として、排気フィルタ９４に金属物質が堆積した結果、目詰まりが発生したことを検出することができる値に予め設定されている。
【００５５】
フィルタ異常通知手段５０５は、フィルタ異常検出手段５０４が排気フィルタ９４の異常を検出した場合に、排気フィルタ９４の異常をユーザに知らせる制御を行うための構成である。この点、フィルタ異常通知手段５０５はこの実施例では排気フィルタ９４の異常をユーザに知らせる制御として、図示しない警告灯を点灯する制御を行うように構成されている。なお、排気フィルタ９４の異常をユーザに知らせる制御はこれに限られず、例えば警告音を発する制御など適宜の制御であってよい。
【００５６】
フィルタ異常フェールセーフ手段５０６は、フィルタ異常検出手段５０４が排気フィルタ９４の異常を検出した場合に、主排気通路９１が排気の流通経路になるように流通経路切替弁９３を制御するための構成である。この実施例では、内燃機関の排気制御システムは主排気通路９１と、金属物質捕集手段としての屈曲部９２ａ、９２ｂを備える副排気通路９２と、排気経路切替弁９３と、金属物質捕集手段としての排気フィルタ９４と、金属物質検出手段５０１、ノック度合い算出手段５０２、特定排気制御手段５０３、フィルタ異常検出手段５０４、フィルタ異常通知手段５０５、フィルタ異常フェールセーフ手段５０６および運転制御手段５０９を備えるエンジンＥＣＵ５０Ｂとで実現されている。
【００５７】
次にエンジンＥＣＵ５０Ｂで行われる処理を図９に示すフロ−チャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートはステップＳ１５からＳ１７までが追加されている点以外、図５に示すフローチャートと同一のものとなっている。このためこの実施例では特にステップＳ１５からＳ１７までについて詳述する。ステップＳ１２で肯定判定であった場合には、ステップＳ１３で排気の流通経路が副排気通路９２に切り替えられる。これに続いて、ＣＰＵ５０ｐは排気圧Ｐが背圧閾値Ｐｃよりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１５）。否定判定であれば、排気フィルタ９４は正常であると判定されるため、リターンしてステップＳ１１に戻る。
【００５８】
一方、ステップＳ１５で肯定判定であれば、排気フィルタ９４が異常であると判定される。このときＣＰＵ５０ｐは主排気通路９１が排気の流通経路になるように排気経路切替弁９３を制御（主排気通路９１を選択）するための処理を実行する（ステップＳ１６）。これにより、金属物質が堆積した結果、排気フィルタ９４に目詰まりが発生した場合であっても、内燃機関１の背圧が高まることを回避でき、以って燃費の悪化を回避することができる。さらにＣＰＵ５０ｐは排気フィルタ９４の異常をユーザに通知する制御として、警告灯を点灯するための制御を行う（ステップＳ１７）。これにより、ユーザが排気フィルタ９４の交換を適切な時期に行うことができるようになり、この結果、排気フィルタ９４の交換が行われることで、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを継続的に抑制できる。
【００５９】
このようにこの実施例に係る内燃機関の排気制御システムによれば、実施例２の場合と比較して、さらに排気フィルタ９４の交換が適切な時期に行われるようにすることができ、これにより金属物質が堆積した結果、排気フィルタ９４に目詰まりが発生した場合であっても、金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを継続的に抑制できる。
【実施例４】
【００６０】
図１０はこの実施例に係る内燃機関の排気制御システムを含む内燃機関システム１００Ｄの全体構成図である。内燃機関システム１００Ｄは、エンジンＥＣＵ５０Ｂの代わりにエンジンＥＣＵ５０Ｃが適用されている点と、流通経路切替弁９３の作動電力Ｗを検出するための電力検出回路からなる作動電力検出手段９５をさらに備えている点以外、内燃機関システム１００Ｃと実質的に同一のものとなっている。図１１はエンジンＥＣＵ５０Ｃの構成を模式的に示す図である。エンジンＥＣＵ５０Ｃは、入力インターフェイス５７に作動電力検出手段９５がさらに接続されている点と、固着検出手段５０７と固着通知手段５０８とをさらに備えている点以外、エンジンＥＣＵ５０Ｂと実質的に同一のものとなっている。なお、作動電力検出手段９５はエンジンＥＣＵ５０Ｃに組み込まれていてもよい。
【００６１】
固着検出手段５０７は、作動電力検出手段９５が検出した作動電力Ｗに応じて、流通経路切替弁９３の固着を検出するための構成である。この点、固着検出手段５０７はこの実施例では具体的には、作動電力Ｗが所定値（ここでは電力閾値Ｗｃ）よりも小さい場合には、流通経路切替弁９３が正常であると判定し、作動電力が電力閾値Ｗｃ以上である場合には、流通経路切替弁９３が固着していると判定することで、流通経路切替弁９３の固着を検出するように構成されている。なお、固着検出手段５０７が検出する流通経路切替弁９３の固着には、デポジットの堆積により流通経路切替弁９３が完全に固着した場合のほか、流通経路切替弁９３の動作に渋りが発生した場合のような動作不良も含まれる。この点、この実施例では電力閾値Ｗｃが、固着検出手段５０７が流通経路切替弁９３の動作に渋りが発生したことを検出することができる値に予め設定されている。
【００６２】
固着通知手段５０８は、固着検出手段５０７が流通経路切替弁９３の固着を検出したときに、流通経路切替弁９３の異常をユーザに知らせる制御を行うための構成である。この点、固着通知手段５０８は、この実施例では流通経路切替弁９３の異常をユーザに知らせる制御として、図示しない警告灯を点灯する制御を行うように構成されている。なお、流通経路切替弁９３の異常をユーザに知らせる制御はこれに限られず、例えば警告音を発する制御など適宜の制御であってよい。
【００６３】
この実施例では、内燃機関の排気制御システムは主排気通路９１と、金属物質捕集手段としての屈曲部９２ａ、９２ｂを備える副排気通路９２と、排気経路切替弁９３と、金属物質捕集手段としての排気フィルタ９４と、作動電力検出手段９５と、金属物質検出手段５０１、ノック度合い算出手段５０２、特定排気制御手段５０３、フィルタ異常検出手段５０４、フィルタ異常通知手段５０５、フィルタ異常フェールセーフ手段５０６、固着検出手段５０７、固着通知手段５０８および運転制御手段５０９を備えるエンジンＥＣＵ５０Ｃとで実現されている。
【００６４】
次にエンジンＥＣＵ５０Ｃで行われる処理を図１２に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートはステップＳ１８およびＳ１９が追加されている点以外、図９に示すフローチャートと同一のものとなっている。このためこの実施例では特にステップＳ１８およびＳ１９について詳述する。ステップＳ１５の肯定判定、またはステップＳ１７に続いて、ＣＰＵ５０ｐは作動電力Ｗが電力閾値Ｗｃよりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１８）。肯定判定であれば、流通経路切替弁９３が正常であると判定され、このときにはリターンしてステップＳ１１に戻る。
【００６５】
一方、ステップＳ１８で否定判定であれば、流通経路切替弁９３が固着していると判定される。このときＣＰＵ５０ｐは流通経路切替弁９３の固着をユーザに通知する制御として、警告灯を点灯するための制御を行う（ステップＳ１９）。これにより、ユーザが流通経路切替弁９３の点検修理を適切な時期に受けることができるようになり、この結果、点検修理で流通経路切替弁９３の交換などが行われることで、流通経路切替弁９３の正常な動作を継続的に確保することができる。このため、この実施例に係る内燃機関の排気制御システムによれば、実施例３の場合と比較して、さらにユーザが流通経路切替弁９３の点検修理を適切な時期に受けることができるようにすることができ、これにより流通経路切替弁９３がデポジットで固着した場合であっても、流通経路切替弁９３の正常な動作を継続的に確保できることから、以って金属物質が浄化触媒１６にデポジットとして堆積することを継続的に抑制できる。
【００６６】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば実施例１または２に係る内燃機関システム１００Ａまたは１００Ｂにおいて、エンジンＥＣＵ５０Ａに対してさらに固着検出手段５０７および固着通知手段５０８を備えることも可能であり、このときこれらの実施例で実現される内燃機関の排気制御システムを、エンジンＥＣＵ５０Ａの代わりにエンジンＥＣＵ５０Ａに対してさらに固着検出手段５０７および固着通知手段５０８を備えたものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】内燃機関システム１００Ａの全体構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵ５０Ａの構成を模式的に示す図である。
【図３】金属除去フィルタ７５の構成を模式的に示す図である。
【図４】点火時期差ＤＳＡと燃料中金属添加物濃度Ｃｍの相関関係を規定したテーブルマップを模式的に示す図である。
【図５】エンジンＥＣＵ５０Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図６】内燃機関システム１００Ｂの全体構成図である。
【図７】内燃機関システム１００Ｃの全体構成図である。
【図８】エンジンＥＣＵ５０Ｂの構成を模式的に示す図である。
【図９】エンジンＥＣＵ５０Ｂで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図１０】内燃機関システム１００Ｄの全体構成図である。
【図１１】エンジンＥＣＵ５０Ｃの構成を模式的に示す図である。
【図１２】エンジンＥＣＵ５０Ｃで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  内燃機関
１６  浄化触媒
４７  ノックセンサ
４８  燃料残量計
５０  エンジンＥＣＵ
７０  燃料タンク
７５  金属除去フィルタ
７６  フィルタバイパス路
７７  切替弁
９１  主排気通路
９２  副排気通路
９３  流通経路切替弁
９４  排気フィルタ
９５  作動電力検出手段
【図１】
2009167888.tif 000003
【図２】
2009167888.tif 000004
【図３】
2009167888.tif 000005
【図４】
2009167888.tif 000006
【図５】
2009167888.tif 000007
【図６】
2009167888.tif 000008
【図７】
2009167888.tif 000009
【図８】
2009167888.tif 000010
【図９】
2009167888.tif 000011
【図１０】
2009167888.tif 000012
【図１１】
2009167888.tif 000013
【図１２】
2009167888.tif 000014