(57)【要約】【課題】排出ガス圧に応じて移動可能に構成した触媒の温度を高精度に推定することが可能な排出ガス浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気マニュホールド４０の各ブランチ部４１に、排出ガス圧に応じて通路方向に移動可能に構成された触媒５１を有する排出ガス浄化手段５０を設け、ＥＣＵ７０では、触媒温度推定部１０１で触媒温度を推定し、排気圧推定マップ１０３および触媒距離推定マップ１０４により、エンジン回転数および負荷率に基づいて、触媒位置（触媒距離）を推定し、触媒温度補正マップ１０５により、推定した触媒位置に基づいて触媒の補正温度を算出し、加算部１０２で、推定した触媒温度に補正温度を加算して、推定した触媒温度を補正する。【選択図】        図３
2009127530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に、排出ガス圧に応じて当該通路方向に移動可能に構成された触媒を有する排出ガス浄化手段と、
前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
機関回転数および負荷率に基づいて、前記触媒の位置を推定する触媒位置推定手段と、
前記触媒温度推定手段で推定した触媒温度を、前記触媒位置推定手段で推定した触媒位置に基づいて、補正する触媒温度補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒位置推定手段は、
前記機関回転数および負荷率に基づいて、排気圧を推定する手段と、
前記推定された排気圧に基づいて、前記触媒の位置を推定する手段と、
を含み、
前記触媒温度補正手段は、
前記触媒位置推定手段で推定された触媒位置に基づいて、補正温度を算出する手段と、
前記算出された補正温度を、前記触媒温度推定手段で推定した触媒温度に加算する手段と、
を含む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】
前記排気通路は、内燃機関が有する複数の気筒毎に設けられ、気筒列と直交する方向に伸張して互いにほぼ平行に配列されている複数のブランチ部および前記複数のブランチ部が集合して形成される集合通路を有し、
前記排出ガス浄化手段は、前記複数のブランチ部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項４】
前記排出ガス浄化手段は、前記触媒を収容するハウジングと、一端側が排気通路の上流側に固定され、他端側が前記ハウジングに固定されたスプリングとを備え、
前記ハウジングは、排出ガスの圧力が低い場合は、前記排気通路の上流側に、排出ガスの圧力が高い場合には、排気通路の下流側に移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ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、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には、排出ガスを浄化する触媒を排気通路内で移動可能に構成した内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用内燃機関においては、排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害成分を浄化するために内燃機関の排気系に排気浄化触媒が配置された排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置に使用される排気浄化触媒としては、例えば、三元触媒が広く知られている。かかる三元触媒は、不完全燃焼成分であるＨＣ及びＣＯの酸化反応と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘの還元反応とを同時に促進し、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの外部への排出 を低減させる機能を有する。
【０００４】
このような三元触媒に代表される排気浄化触媒の浄化性能は、一般に、使用時の排気浄化触媒の温度に大きく依存することが知られている。例えば、排気浄化触媒として貴金属触媒を使用する場合において該触媒の有する浄化性能を有効に発揮させるためには、触媒温度 を、ある一定の温度、例えば約２５０℃以上に昇温させることが必要であることが知られている。
【０００５】
このため、車両の床下などの排気系の比較的下流側に排気浄化触媒を配置する構成では、内燃機関の冷間始動後、排気浄化触媒の温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。他方、排気浄化触媒を排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。
【０００６】
例えば、特許文献１では、シリンダヘッドの排気ポートと排気マニュホールドのブランチ管とによって４本のメイン通路が構成され、１本に合流した下流側にメイン触媒コンバータを備える。合流点には、メイン通路を一斉に開閉する切換弁を備える。バイパス流路として、４本のメイン通路が気筒列方向に沿って延びた連通路により互いに連通しており、ここから分岐した分岐通路にバイパス触媒コンバータが配設される。連通路は、隣接するブランチ管の間にそれぞれ設けられた３本の連通管からなる。冷間始動後は、切換弁が閉じられ、バイパス流路を通して各気筒の排気が流れる。すなわち、特許文献１では、暖機時に表面積を縮小したバイパス経路を設け専用の触媒を設けることで初期の排気浄化性を向上させている。しかしながら、引用文献１は、暖機時にのみ使用する触媒を別に用意する構成であるため、コストアップに繋がってしまうという問題がある。
【０００７】
この解決策として、例えば、特許文献２では、排気管内の温度に応じて触媒位置を移動させる機構が提案されている。しかしながら、特許文献２では、触媒の位置が負荷状況によって変わるが、触媒の位置による触媒温度の変動分を補正していないため、高精度に触媒温度を推定することができないという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１９９８４号公報
【特許文献２】特開平１０−２９９４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、排出ガス圧に応じて移動可能に構成した触媒の温度を高精度に推定することが可能な排出ガス浄化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】
【００１０】
上記した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気通路内に、排出ガス圧に応じて当該通路方向に移動可能に構成された触媒を有する排出ガス浄化手段と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、機関回転数および負荷率に基づいて、前記触媒の位置を推定する触媒位置推定手段と、前記触媒温度推定手段で推定した触媒温度を、前記触媒位置推定手段で推定した触媒位置に基づいて、補正する触媒温度補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記触媒位置推定手段は、前記機関回転数および負荷率に基づいて、排気圧を推定する手段と、前記推定された排気圧に基づいて、前記触媒の位置を推定する手段と、を含み、前記触媒温度補正手段は、前記触媒位置推定手段で推定された触媒位置に基づいて、補正温度を算出する手段と、前記算出された補正温度を、前記触媒温度推定手段で推定した触媒温度に加算する手段と、を含むことが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記排気通路は、内燃機関が有する複数の気筒毎に設けられ、気筒列と直交する方向に伸張して互いにほぼ平行に配列されている複数のブランチ部および前記複数のブランチ部が集合して形成される集合通路を有し、前記排出ガス浄化手段は、前記複数のブランチ部にそれぞれ設けられていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記排出ガス浄化手段は、触媒を収容するハウジングと、一端側が排気通路の上流側に固定され、他端側が前記ハウジングに固定されたスプリングとを備え、前記ハウジングは、排出ガスの圧力が低い場合は、前記排気通路の上流側に、排出ガスの圧力が高い場合には、前記排気通路の下流側に移動することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路内に、排出ガス圧に応じて当該通路方向に移動可能に構成された触媒を有する排出ガス浄化手段と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、機関回転数および負荷率に基づいて、前記触媒の位置を推定する触媒位置推定手段と、前記触媒温度推定手段で推定した触媒温度を、前記触媒位置推定手段で推定した触媒位置に基づいて、補正する触媒温度補正手段と、を備えているので、排出ガス圧に応じて移動可能に構成した触媒の温度を高精度に推定することが可能な排出ガス浄化装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
図１は、本発明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を示す図である。図２は、排気マニュホールドのブランチ部の概略平断面構成を示す図である。
【００１７】
図１において、内燃機関システム１は、筒内噴射式の内燃機関システムであり、筒内噴射式エンジンの吸気通路１０の最上流部には、エアクリーナ１１が設けられ、このエアクリーナ１１の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２が設けられている。このエアフローメータ１２の下流側には、スロットルバルブ１３が設けられ、このスロットルバルブ１３の下流側に、シリンダヘッド３０の各気筒＃１〜♯４に空気Ａを導入する吸気マニホールド２０が設けられている。
【００１８】
シリンダヘッド３０には、直列に配置された気筒＃１〜♯４の各気筒の吸気ポート３１がそれぞれ側面に向かって開口するように形成されており、この吸気ポート３１のそれぞれに、吸気マニホールド２０の各ブランチ部２１が接続されている。
【００１９】
また、シリンダヘッド３０の各気筒♯１〜♯４の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁３２が取り付けられている。更に、不図示のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ８１や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ８２が取り付けられており、これらの検出結果は、ＥＣＵ７０に出力される。
【００２０】
また、シリンダヘッド３０には、直列に配置された各気筒♯１〜♯４の排気ポート３３がそれぞれ側面に向かって開口するように形成されており、この排気ポート３３のそれぞれに、排気マニュホールド４０の各ブランチ部４１が接続されている。排気マニュホールド４０はブランチ部４１の一端に取り付けフランジ４５を備えており、取り付けフランジ４５がシリンダヘッド３０の側面に固定され、各ブランチ部４１が排気ポート３３に接続される。気筒＃１〜♯４の４本のブランチ部４１は、気筒列と直交する方向に伸張して互いにほぼ平行に配列されているとともに、下流側で集合して集合通路４２を形成し、この集合通路４２は、１本の排気管６０に接続している。また、４本のブランチ部４１には、ブランチ部４１内を気筒列と直交する方向（通路方向）に移動可能に構成された排出ガス浄化手段５０がそれぞれ配置されている。排気管６０には、排出ガスＥｘの空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６１が配置されており、この検出結果は、ＥＣＵ７０に出力される。
【００２１】
排出ガス浄化手段５０は、図２に示すように、触媒（触媒担体）５１と、触媒５１を収容するハウジング５２と、スプリング５３とを備えている。ハウジング５２は、概略円筒形状を呈しており、排出ガスが流入する排気入口５２ａと、下流側の排気管６０に接続された排気出口５２ｂを有している。触媒５１は、概略円筒形状を呈し、例えば、三元触媒で形成されている。内燃機関の排出ガスＥｘは、排気入口５２ａからハウジング５２内に流入し、触媒５１内を通過して排気出口５２ｂから下流側の排気管に流出する。排気は、触媒５１内を通過中に触媒成分と接触し、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの有害成分が触媒により酸化または還元されて排気が浄化される。
【００２２】
また、スプリング５３は、その一端側がブランチ部４１の上流側であるシリンダヘッド３０に、他端側がハウジング５２に固定されている。ハウジング５２（触媒５１）は、スプリング５３により上流方向（シリンダヘッド側）に付勢されるとともに、排出ガスＥｘの圧力により下流方向（排気口側）に付勢され、ベクトル的にバランスする位置、すなわち、排出ガスＥｘの圧力に応じた位置に移動する。ハウジング５２（触媒５１）は、暖機運転時等の低負荷時には、排出ガスＥｘの圧力は低いため、上流側に位置する一方、高負荷時には、排出ガスＥｘの圧力が高いため、下流側に位置する。これにより、低負荷時には、触媒５１と排気ポート３３との距離を小さくして暖機性を向上させて、初期の排出ガス浄化性能を高めることができ、また、高負荷時には、触媒５１と排気ポート３３との距離を小さくして、溶損を防止することができる。付言すると、触媒５１の温度上昇を防ぐための排気温制限値を上げることが可能になるため、燃料増量を減らし、高回転高負荷時の燃費改善に効果がある。
【００２３】
ＥＣＵ（電子制御装置）７０は、内燃機関システムの各部を制御するためのものであり、マイクロコンピュータを主体として構成され、各種プログラムを実行するＣＰＵ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ、および入出力インターフェイス等で構成されている。ＥＣＵ７０は、検出した吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水温、および触媒温度等のエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定し、燃料噴射弁３２及び点火プラグ（図示省略）を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ７０は、検出した排出ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。さらに、ＥＣＵ７０は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されるプログラムを実行することにより、触媒温度算出手段７１として機能する。触媒温度算出手段７１は、触媒５１の温度を推定し、推定した触媒温度を、触媒５１の位置に応じて補正する。
【００２４】
つぎに、図３を参照して、図１の触媒温度算出手段７１を詳細に説明する。図３は、触媒温度算出手段７１の機能構成を示す図である。本実施例では、排気マニュホールド４０のブランチ部４１内に設けた触媒５１を、排出ガスＥｘの圧力に応じて移動可能に構成しているので、触媒５１の排気ポート３３からの距離が変わるため、触媒温度の推定値がずれる場合がある。そこで、本実施例では、触媒温度の推定値を触媒５１の位置に応じて補正することで、高精度に触媒温度を推定している。
【００２５】
図３に示すように、触媒温度算出手段７１は、触媒温度推定部１０１と、加算部１０２と、排気圧推定マップ１０３と、触媒距離推定マップ１０４と、触媒温度補正マップ１０５とを備えている。かかる構成において、触媒温度推定部１０１は触媒温度推定手段を、
排気圧推定マップ１０３および触媒距離推定マップ１０４は触媒位置推定手段を、触媒温度補正マップ１０５および加算部１０２は触媒温度補正手段を構成する。
【００２６】
触媒温度推定部１０１では、吸入空気量（積算空気量）に基づいて、触媒５１の温度を推定して推定触媒温度を算出し、加算部１０２に出力する。触媒温度推定部１０１は、予め、実験、シミュレーション等によって作成した積算空気量と触媒温度との関係を演算式またはマップとして記憶しておき、当該演算式またはマップを使用して、積算空気量に基づいて推定触媒温度を算出することができる。なお、温度センサを排気マニュホールド４０の上流側または下流側に配置することにしてもよい。
【００２７】
排気圧推定マップ１０３では、エンジン回転数、負荷率（例えば、吸入空気量）に基づいて、排気圧を推定する。排気圧推定マップ１０３は、予め、実験、シミュレーション等によって導出した、エンジン回転速度および負荷率（例えば、吸入空気量）と排気圧との関係を記憶したものである。なお、排気マニュホールド４０または排気管６０に排気圧センサを配置することにしてもよい。
【００２８】
触媒距離推定マップ１０４では、排気圧推定マップ１０３で算出した推定排気圧に基づいて、触媒距離（排気ポート３３から触媒５１までの距離）、すなわち、触媒５１の位置を推定する。この触媒距離推定マップ１０４は、予め、実験、シミュレーション等によって導出した、排気圧と触媒距離との関係を記憶したものである。
【００２９】
触媒温度補正マップ１０５では、触媒距離推定マップ１０４で算出した推定触媒距離に基づいて、触媒温度の補正温度を算出する。この触媒温度補正マップ１０５は、予め、実験、シミュレーション等によって導出した、触媒距離と触媒温度の補正温度との関係を記憶したものである。
【００３０】
加算部１０２では、触媒温度推定部１０１で算出された推定触媒温度と触媒温度補正マップ１０５で算出した補正温度とを加算して、最終的な触媒温度を算出する。
【００３１】
以上説明したように、本実施例によれば、排気マニュホールド４０の各ブランチ部４１に、排出ガス圧に応じて通路方向に移動可能に構成された触媒５１を有する排出ガス浄化手段５０を設け、ＥＣＵ７０では、触媒温度推定部１０１で触媒温度を推定し、排気圧推定マップ１０３および触媒距離推定マップ１０４により、エンジン回転数および負荷率に基づいて、触媒位置（触媒距離）を推定し、触媒温度補正マップ１０５により、推定した触媒位置に基づいて触媒の補正温度を算出し、加算部１０２で、推定した触媒温度に補正温度を加算して、推定した触媒温度を補正することとしたので、触媒の位置に応じて触媒温度を補正することができ、高精度に触媒温度を推定することが可能となる。
【００３２】
また、本実施例によれば、排出ガス浄化手段５０は、触媒５１と、触媒５１を収容するハウジング５２と、一端側がブランチ部４１の上流側に固定され、他端側がハウジング５２に固定されたスプリング５３とを備え、ハウジング５２は、排出ガスの圧力が低い場合は、ブランチ部４１の上流側に、排出ガスの圧力が高い場合には、ブランチ部４１の下流側に移動することとしたので、簡単かつ低コストな構成により、触媒を排出ガス圧に応じて移動可能に構成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排出ガス圧に応じて移動可能に構成した触媒の温度を高精度に推定する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る排出ガス浄化装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す図である。
【図２】排気マニュホールドのブランチ部の概略断面構成を示す図である。
【図３】触媒温度算出手段の機能構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  内燃機関システム
１０  吸気通路
１１  エアクリーナ
１２  エアフローメータ
１３  スロットルバルブ
２０  吸気マニホールド
２１  ブランチ部
３０  シリンダヘッド
３１  吸気ポート
３２  燃料噴射弁
３３  排気ポート
４０  排気マニュホールド
４１  ブランチ部
４２  集合通路
５０  排出ガス浄化手段
５１  触媒（触媒担体）
５２  ハウジング
５３  スプリング
６０  排気管
６１  Ａ／Ｆセンサ
７０  ＥＣＵ
７１  触媒温度算出手段
１０１  触媒温度推定部
１０２  加算部
１０３  排気圧推定マップ
１０４  触媒距離推定マップ
１０５  触媒温度補正マップ
【図１】
2009127530.tif 000003
【図２】
2009127530.tif 000004
【図３】
2009127530.tif 000005