(57)【要約】【課題】精度よく排ガスの通流経路を制御することができ、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化することができる排ガス浄化制御装置及び排ガス浄化制御方法を提供する。【解決手段】メイン通路に設けられたメイン触媒と、メイン触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、メイン触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、バイパス通路に設けられたバイパス通路触媒と、メイン通路であってバイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁と、を備え、エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定手段(ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５)と、推定した排ガス温度に基づいて流量制御弁を開閉制御する弁制御手段(ステップＳ８，Ｓ９)と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン通路に設けられたメイン触媒と、
前記メイン触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、メイン触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス通路触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁と、
エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定手段と、
推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁を開閉制御する弁制御手段と、
を有する排ガス浄化制御装置。
【請求項２】
前記ガス温推定手段は、前記メイン触媒を通流するメインガス温度を推定し、
前記弁制御手段は、前記メインガス温度が触媒活性化温度よりも高いときには前記流量制御弁を開弁し、低いときには前記流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項３】
前記ガス温推定手段は、前記バイパス通路触媒を通流するバイパスガス温度を推定し、
前記弁制御手段は、前記バイパスガス温度が前記バイパス通路触媒の熱劣化温度よりも高いときには前記流量制御弁を開弁し、低いときには前記流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項４】
前記弁制御手段は、車両の加速度が比較的大きいときには前記流量制御弁を開弁し、比較的小さいときには前記流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項５】
前記弁制御手段は、前記流量制御弁が開弁中に閉弁条件が所定時間継続したことを待って流量制御弁を閉弁する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項６】
前記弁制御手段は、前記流量制御弁が閉弁中に開弁条件が成立したときには、直ちに流量制御弁を開弁する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項７】
メイン通路に設けられたメイン触媒と、
前記メイン触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、メイン触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス通路触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁と、
を有するエンジンの排ガスを制御する方法であって、
エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定工程と、
推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁を開閉制御する弁制御工程と、
を有することを特徴とする排ガス浄化制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンから排出される排ガスの浄化を制御する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガス浄化制御装置は、メイン通路に設けられたメイン触媒コンテナの温度をセンサで実測し、その測定温度に基づいて排ガスが流れる経路を変更していた(特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平８−１４４７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した従来装置は、触媒コンテナの温度を実測している。排ガス温度はエンジンの運転状態によって急激にかつ大きく変動するが、触媒コンテナの温度は排ガス温度に比べて緩慢にかつ小さく変動する。したがって、触媒コンテナの実測温度に基づいて排ガスが流れる経路を変更しても制御精度に劣る。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、精度よく排ガスの通流経路を制御することができ、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化することができる排ガス浄化制御装置及び排ガス浄化制御方法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】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、メイン通路(２０)に設けられたメイン触媒(２１)と、前記メイン触媒(２１)の上流のメイン通路(２０)から一旦分岐し、メイン触媒(２１)の上流のメイン通路(２０)に再度合流するバイパス通路(３０)と、前記バイパス通路(３０)に設けられたバイパス通路触媒(３１)と、前記メイン通路(２０)であって前記バイパス通路(３０)が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路(３０)が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路(２０)を通流する排ガス量を調整可能な流量制御弁(４０)と、エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定するガス温推定手段(ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５)と、推定した排ガス温度に基づいて前記流量制御弁(４０)を開閉制御する弁制御手段(ステップＳ８，Ｓ９)と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジン運転状態に基づいて排ガス温度を推定し、その推定した排ガス温度に基づいて流量制御弁を開閉制御するようにした。このようにしたので、触媒の活性化度合に応じて精度よく流量制御弁を制御でき、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化可能である。またメインガス温度が触媒活性化温度を下回ってから所定時間の経過を待って流量制御弁を閉弁するようにすれば、流量制御弁がエンジンの運転状態変化に過敏に反応して開閉することを防止できる。また特に閉弁状態から開弁状態に移行するときにはそのような待ち時間を設けなければ、メイン触媒の活性後すぐにメイン触媒で排ガスが浄化されるので、効率よく排ガスを浄化できる。バイパス通路触媒の熱劣化が生じうる条件のときもすぐに流量制御弁が開弁すれば、バイパス通路触媒への高温ガスの流入を確実に防止でき、バイパス通路触媒を熱劣化させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の活性特性を示す図である。
【００１０】
はじめに本発明の理解を容易にするために、基本的な技術思想について説明する。
【００１１】
排ガスを浄化する排ガス浄化触媒は、排ガス温度が低いと不活性状態であり、排ガス浄化性能を発揮できない。たとえば本実施形態の排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒は、図１に示すように、排ガス温度が２６０℃程度を越えると窒素酸化物ＮＯｘ及び一酸化炭素ＣＯの転換率がほぼ１００％になる。そして排ガス温度が３８０℃程度を越えると炭化水素ＨＣの転換率がほぼ１００％になって排ガス浄化性能を発揮するようになる。このように排ガス浄化触媒は排ガス温度がほぼ４００℃以上であるときに排ガス浄化性能を発揮するようになる。排ガス温度が２００℃程度以下ではほとんど排ガスを浄化しない。
【００１２】
図２は、本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の熱劣化特性を示す図である。
【００１３】
しかしながら、排ガス温度が高すぎると熱劣化してしまう。たとえば温度８５０℃の排ガスに曝され続けた場合には、経過時間３４時間程度でＴ５０温度(転換率５０％の温度)が２８０℃になる。経過時間５８時間程度でＴ５０温度が２９０℃になる。経過時間８３時間程度でＴ５０温度が３００℃になる。経過時間１０５時間程度でＴ５０温度が３１０℃になる。
【００１４】
また別の見方をすると、温度７４０℃の排ガスに２５０時間以上の長時間にわたって曝され続けると、Ｔ５０温度が３００℃にサーチュレートするのである。
【００１５】
このように高温の排ガスに曝されている時間が長くなるほど、触媒の性能が劣化してくるのである。
【００１６】
本件発明者らは、このような知見に基づき、エンジンから離れて大容量化可能なメイン触媒と、エンジンに近く大容量化の困難なバイパス通路触媒とを設けるようにした。そして、触媒を通流する排ガス温度に応じて排ガスをメイン触媒に流したりバイパス通路触媒に流したりすることで、エンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化するようにしたのである。以下ではこのような技術思想を実現する具体的な構造について説明する。
【００１７】
図３は、本発明による排ガス浄化制御装置の一実施形態を示す図である。
【００１８】
排ガス浄化制御装置１は、排ガスメイン通路２０と、メイン触媒２１と、バイパス通路３０と、バイパス通路触媒３１と、流量制御弁４０と、を有する。
【００１９】
メイン触媒２１は、排ガスメイン通路２０に設けられる。メイン触媒２１は、エンジン１０から離れて配置される。エンジン１０から離れているので、周辺部品との干渉がなく、大容量化可能である。
【００２０】
バイパス通路３０は、メイン触媒２１の上流の排ガスメイン通路２０から一旦分岐し、メイン触媒２１の上流の排ガスメイン通路２０に再度合流する。
【００２１】
バイパス通路触媒３１は、バイパス通路３０に設けられる。バイパス通路触媒３１は、エンジンルーム内に配置される。エンジンルーム内に配置されるので、周辺部品と接近しており小形である。
【００２２】
流量制御弁４０は、排ガスメイン通路２０であってバイパス通路３０が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路３０が合流する部分よりも上流に設けられる。流量制御弁４０はたとえばバタフライ弁である。なお図３では、流量制御弁４０を収装するハウジングのみを図示し、弁自体は図示を省略する。流量制御弁４０は、開度を変更して排ガスメイン通路２０を通流する排ガス量を調整可能である。流量制御弁４０が開弁していると、排ガスは排ガスメイン通路２０を通流し、バイパス通路３０にはほとんど流れない。流量制御弁４０が閉弁すると、排ガスは排ガスメイン通路２０を通流できずバイパス通路３０に流れる。
【００２３】
図４は、発明による排ガス浄化制御装置の制御ロジックのフローチャートである。
【００２４】
コントローラはエンジン始動指令を受けたら以下の処理を微小時間(たとえば１０ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。
【００２５】
ステップＳ１においてコントローラは、加速度が小さいか否かを判定する。加速度が小さければステップＳ２へ処理を移行し、そうでなければステップＳ９へ処理を移行する。
【００２６】
ステップＳ２においてコントローラは、エンジン運転状態(エンジン回転速度，燃料噴射パルス幅，スロットル開度)に基づいてエンジンから流出する排ガスの温度を推定する。具体的には、あらかじめＲＯＭにエンジン運転状態と排ガス温度との特性マップを格納しておけばよい。
【００２７】
ステップＳ３においてコントローラは、さらに外気温を考慮してメイン触媒２１に流入する排ガス温度ｔｍを推定する。具体的には、あらかじめＲＯＭに特性マップを格納しておけばよい。
【００２８】
ステップＳ４においてコントローラは、排ガス温度ｔｍが触媒活性化温度ｔａよりも低いか否かを判定する。低ければステップＳ５へ処理を移行し、そうでなければステップＳ９へ処理を移行する。触媒活性化温度ｔａは図１のような実験結果に基づいて触媒特性に応じてあらかじめ設定しておく。
【００２９】
ステップＳ５においてコントローラは、外気温を考慮してバイパス通路触媒３１に流入する排ガス温度ｔｂを推定する。具体的には、あらかじめＲＯＭに特性マップを格納しておけばよい。
【００３０】
ステップＳ６においてコントローラは、排ガス温度ｔｂが触媒劣化温度ｔｄよりも低いか否かを判定する。低ければステップＳ７へ処理を移行し、高ければステップＳ９へ処理を移行する。触媒劣化温度ｔｄは、図２のような実験結果に基づいて要求性能(すなわち特性がサーチュレートしたときのＴ５０温度が何度まで許容できるか、といった耐久性能)に応じてあらかじめ設定しておく。
【００３１】
ステップＳ７においてコントローラは、ディレイタイマがゼロであるか否かを判定する。ゼロであればステップＳ８へ処理を移行し、ゼロでなければステップＳ１１へ処理を移行する。なおディレイタイマの初期値はゼロである。
【００３２】
ステップＳ８においてコントローラは、流量制御弁４０を閉弁する。
【００３３】
ステップＳ９においてコントローラは、流量制御弁４０を開弁する。
【００３４】
ステップＳ１０においてコントローラは、ディレイタイマをセットする。
【００３５】
ステップＳ１１においてコントローラは、ディレイタイマをデクリメントする。
【００３６】
図５は、発明による排ガス浄化制御装置を実行したときの排ガスの流れを示す模式図である。
【００３７】
エンジン始動直後は、車両の加速度が小さく、排ガス温度が低い。またディレイタイマの初期値はゼロである。このとき、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８と処理が繰り返され、流量制御弁４０が閉弁する。すると排ガスは、図５(Ａ)に示すようにバイパス通路３０→バイパス通路触媒３１を流れる。バイパス通路触媒３１はメイン触媒２１よりもエンジン１０の近くに配置されているので、メイン触媒２１よりも早期に活性化しエンジン始動直後から効率よく排ガスを浄化可能である。
【００３８】
エンジンが暖機され排ガス温度が上がってきて排ガス温度ｔｍが触媒活性化温度ｔａよりも高くなったら、ステップＳ４→Ｓ９と処理が流れ、流量制御弁４０が開弁する。すると排ガスは、図５(Ｂ)に示すように排ガスメイン通路２０を通流し、排ガスがメイン触媒２１で浄化されるようになる。また排ガス温度ｔｍが触媒活性化温度ｔａよりも低くても、排ガス温度ｔｂが触媒劣化温度ｔｄを越えたら、ステップＳ６→Ｓ９と処理が流れ、流量制御弁４０が開弁する。すると排ガスは、図５(Ｂ)に示すようにバイパス通路３０にはほとんど流れなくなり、バイパス通路触媒３１の熱劣化が防止される。そしてステップＳ１０でディレイタイマがセットされる。
【００３９】
またアクセルペダルが踏み込まれ車両の加速度が大きくなっても、ステップＳ１→Ｓ９と処理が流れ、流量制御弁４０が開弁する。
【００４０】
次サイクル以降で、減速状態やアイドル状態になって排ガス温度が低下したら、再びステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７と処理が流れる。ディレイタイマがゼロになるまではステップＳ７→Ｓ１１と処理が流れ、すなわちステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ１１と処理が繰り返される。そしてディレイタイマがゼロになったらステップＳ７→Ｓ８と処理が流れ、流量制御弁４０が閉弁し図５(Ａ)に示す状態になる。ディレイタイマがゼロになるまでに運転状態が変われば、ステップＳ１→Ｓ９又はステップＳ４→Ｓ９又はステップＳ６→Ｓ９と処理が流れ、流量制御弁４０は閉弁状態(図５(Ａ)の状態)にならずに、開弁状態(図５(Ｂ)の状態)が継続する。
【００４１】
本実施形態によれば、所定の運転状態が一定時間経過するのを待って流量制御弁４０を開弁状態から閉弁状態に移行するようにした。このようにしたので、流量制御弁４０がエンジンの運転状態変化に過敏に反応して開閉することを防止できる。また特に開弁状態から閉弁状態に移行するときにディレイタイマを作動させ、閉弁状態から開弁状態に移行するときにはディレイタイマを作動させない。このようにしたので、またメイン触媒２１が活性化したらすぐに流量制御弁４０が開弁し、メイン触媒２１で排ガスが浄化されるので、効率よく排ガスを浄化できる。またバイパス通路触媒３１の熱劣化が生じうる条件のときには、迅速に流量制御弁４０が開弁するので、バイパス通路触媒３１への高温ガスの流入を確実に防止でき、バイパス通路触媒３１を熱劣化させないのである。
【００４２】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の活性特性を示す図である。
【図２】本発明による排ガス浄化制御装置に使用する排ガス浄化触媒の熱劣化特性を示す図である。
【図３】本発明による排ガス浄化制御装置の一実施形態を示す図である。
【図４】発明による排ガス浄化制御装置の制御ロジックのフローチャートである。
【図５】発明による排ガス浄化制御装置を実行したときの排ガスの流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  排ガス浄化制御装置
１０  エンジン
２０  排ガスメイン通路
２１  メイン触媒
３０  バイパス通路
３１  バイパス通路触媒
４０  流量制御弁
ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５  ガス温推定手段／ガス温推定工程
ステップＳ８，Ｓ９  弁制御手段／弁制御工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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