(57)【要約】【課題】排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒に還元剤を供給することで排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合の応答遅れを抑制する。【解決手段】排気浄化装置を昇温させるべく前段触媒に還元剤が供給されているときに内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合（Ｓ１０２）、前段触媒に供給される還元剤の量を減少させる又は前段触媒への還元剤の供給を停止させる（Ｓ１０３）。【選択図】図２
2009174502.tif 000002
【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排気浄化装置と、
前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒と、
前記排気浄化装置を昇温させるときに前記前段触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備え、
前記還元剤供給手段によって前記前段触媒に還元剤を供給しているときに前記内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合、前記還元剤供給手段によって前記前段触媒に供給される還元剤の量を減少させる又は前記還元剤供給手段による前記前段触媒への還元剤の供給を停止させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路における排気浄化装置よりも上流側に設けられ、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／またはパティキュレートフィルタ等から構成される排気浄化装置を設けると共に、その上流側にさらに酸化機能を有する前段触媒を設ける場合がある。この場合、前段触媒に還元剤を供給することにより、前段触媒において還元剤を酸化させ、その酸化熱によって排気浄化装置を昇温させることが出来る。
【０００３】
上記の場合において、前段触媒を、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されたものとする技術が知られている。
【０００４】
前段触媒の熱容量が比較的小さい場合、該前段触媒に還元剤を供給した際に該前段触媒の温度がより速やかに上昇する。その結果、排気浄化装置をより速やかに昇温させることが可能となる。
【０００５】
また、前段触媒が、その外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されている場合、前段触媒の排気の流れる方向と垂直方向の断面積が比較的小さい。そのため、前段触媒内を排気が通過するときの排気の流通抵抗が大きくなる。その結果、排気と共に前段触媒に流入した還元剤が該前段触媒を通過するのにかかる時間が長くなり、前段触媒における還元剤の酸化反応がより促進される。従って、排気浄化装置の昇温をより促進させることが可能となる。
【０００６】
特許文献１には、排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側に、供給される燃料を改質する改質触媒を設ける技術が記載されている。この特許文献１には、改質触媒を排気通路の中央部に配置し、該改質触媒の外周に排気が流れる迂回路を形成させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１２７２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排気浄化装置を昇温すべく、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された前段触媒に還元剤が供給され、該還元剤が酸化されることで前段触媒の温度が上昇した場合、該前段触媒を通過する排気の流通抵抗がさらに上昇する。その結果、前段触媒よりも上流側の背圧が上昇し易くなる。
【０００８】
前段触媒よりも上流側の背圧が過剰に高い状態で内燃機関の機関負荷の増加が要求された場合、該機関負荷が増加し難く応答遅れが大きくなる虞がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒に還元剤を供給する
ことで排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合の応答遅れを抑制することが可能な技術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】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、前記排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒と、
前記排気浄化装置を昇温させるときに前記前段触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備え、
前記還元剤供給手段によって前記前段触媒に還元剤を供給しているときに前記内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合、前記還元剤供給手段によって前記前段触媒に供給される還元剤の量を減少させる又は前記還元剤供給手段による前記前段触媒への還元剤の供給を停止させることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、還元剤供給手段によって前段触媒に還元剤を供給しているときに内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合は、前段触媒の昇温が抑制される。その結果、前段触媒を通過する排気の流通抵抗の上昇が抑制されるため、前段触媒よりも上流側の背圧が過剰に上昇することを抑制することが出来る。従って、内燃機関の機関負荷をより速やかに増加させることが可能となり、その応答遅れを小さくすることが出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、排気浄化装置よりも熱容量が小さく且つその外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された、酸化機能を有する前段触媒に還元剤を供給することで排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の機関負荷の増加要求があった場合の応答遅れを抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜実施例１＞
＜内燃機関およびその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。
【００１５】
内燃機関１には、インテークマニホールド５およびエキゾーストマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド５には吸気通路４が接続されている。エキゾーストマニホールド７には排気通路６が接続されている。
【００１６】
吸気通路４にはターボチャージャ８のコンプレッサハウジング８ａが設置されている。排気通路６にはターボチャージャ８のタービンハウジング８ｂが設置されている。
【００１７】
吸気通路に４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも上流側にはエアフローメータ１２が設けられている。吸気通路４におけるコンプレッサハウジング８ａよりも下流側にはスロットル弁１３が設けられている。
【００１８】
排気通路６におけるタービンハウジング８ｂより下流側には酸化触媒９が設けられている。また、排気通路６における酸化触媒９より下流側には、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）１０が設けられている。フィルタ１０には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）１１が担持されている。
【００１９】
本実施例に係る酸化触媒９は、円柱状の形状であって、その外径は排気通路６の内径よりも小さくなっている。つまり、酸化触媒９の排気を流れる方向と垂直方向の断面積は、排気通路６の排気を流れる方向と垂直方向の断面積よりも小さくなっている。このような構成により、酸化触媒９の外周面と排気通路６の内周面との間に排気が流れるバイパス経路１８が形成される。また、酸化触媒９の熱容量はフィルタ１０の熱容量よりも小さい。
【００２０】
尚、本実施例においては、ＮＯｘ触媒１１を担持したフィルタ１０が本発明に係る排気浄化装置に相当する。本発明に係る排気浄化装置はこのような構成に限られるものではなく、例えば、ＮＯｘ触媒等の触媒とフィルタとが直列に並んで配置されたものであってもよく、また、触媒単体またはフィルタ単体であってもよい。また、本実施例においては、酸化触媒９が本発明に係る前段触媒に相当する。酸化触媒９は、酸化機能を有する触媒であればよく、例えば、三元触媒やＮＯｘ触媒等であってもよい。
【００２１】
酸化触媒９より上流側の排気通路６には還元剤として燃料を添加する燃料添加弁１７が設けられている。該燃料添加弁１７は、燃料が噴射される燃料噴射孔が酸化触媒９の上流側端面と対向するように酸化触媒９に近接して配置されている。燃料添加弁１７の燃料噴射孔から噴射された燃料が酸化触媒９に供給される（図１においては、斜線部が燃料の噴霧を表している）。本実施例においては、燃料添加弁１７が本発明に係る還元剤添加弁に相当する。
【００２２】
排気通路６におけるフィルタ１０より下流側には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２３及び排気の温度を検出する温度センサ２４が設けられている。
【００２３】
エキゾーストマニホールド７及びインテークマニホールド５にはＥＧＲ通路１５の一端と他端がそれぞれ接続されている。内燃機関１から排出された排気の一部が該ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスとしてエキゾーストマニホールド７からインテークマニホールド５に導入される。ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲ弁１６が設けられている。該ＥＧＲ弁１６によって、インテークマニホールド５に導入されるＥＧＲガス量が制御される。
【００２４】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１２、空燃比センサ２３、温度センサ２４、クランクポジションセンサ２１およびアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ１８の検出値に基づいてフィルタ１０の温度（即ちＮＯｘ触媒１１の温度）を導出する。また、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ２３の検出値に基づいてフィルタ１０に流入する排気の空燃比（即ちＮＯｘ触媒１１の周囲雰囲気の空燃比）を導出する。
【００２６】
また、ＥＣＵ２０には、各燃料噴射弁３、スロットル弁１３、燃料添加弁１７およびＥＧＲ弁１６が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００２７】
＜昇温制御＞
フィルタ１０に捕集されたＰＭを酸化させて除去する場合やＮＯｘ触媒１１に吸蔵されたＳＯｘを放出させ還元する場合にはフィルタ１０（ＮＯｘ触媒１１）を昇温させる必要がある。本実施例においては、燃料添加弁１７から燃料を添加し、該燃料を酸化触媒９に供給することで、フィルタ１０を昇温させる昇温制御が行われる。
【００２８】
酸化触媒９に燃料が供給されると該燃料が酸化する。このときに生じる酸化熱によって排気が昇温され、昇温された排気がフィルタ１０に流入することで該フィルタ１０の温度が上昇する。
【００２９】
このとき、本実施例においては、酸化触媒９の熱容量が比較的小さいため、酸化触媒９の温度がより速やかに上昇する。従って、フィルタ１０をより速やかに昇温させることが出来る。
【００３０】
また、上述したように、本実施例においては、酸化触媒９の外径が排気通路６の内径よりも小さい。この場合、酸化触媒９の外径が排気通路６の内径と同一もしくはそれ以上の場合に比べて酸化触媒９内を排気が通過するときの排気の流通抵抗が大きくなる。そのため、酸化触媒９内を流れる排気の流量が少なくなる。これにより、燃料添加弁１７から燃料が供給されたときに該燃料が酸化触媒９内を通過するのにかかる時間が長くなり、該酸化触媒９における燃料の酸化反応がより促進され易くなる。従って、フィルタ１０の昇温をより促進させることが可能となる。
【００３１】
＜機関負荷増加時の燃料添加量制御＞
上記のような昇温制御が実行されることより、酸化触媒９の温度が上昇すると、該酸化触媒９を通過する排気の流通抵抗がさらに上昇する。その結果、酸化触媒９よりも上流側の背圧が上昇し易くなる。
【００３２】
ここで、昇温制御が実行されているときにおいても、内燃機関１を搭載した車両を加速させるときのように内燃機関１の機関負荷の増加が要求される場合がある。このような場合に、上記のような理由で酸化触媒９よりも上流側の背圧が過剰に高い状態にあると、機関負荷が増加し難いために応答遅れが大きくなる虞がある。
【００３３】
そこで、本実施例においては、昇温制御が実行されているときに内燃機関１の機関負荷の増加要求があった場合、機関負荷の増加の応答遅れを抑制すべく、燃料添加弁１７からの燃料添加量を制御する。以下、本実施例に係る機関負荷増加時の燃料添加量制御のルーチンについて、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００３４】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、上記昇温制御が実行されているか否かを判別する。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３５】
Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関負荷の増加要求があるか否かを判別する。これは、例えばアクセル開度センサ２２の検出値等に基づいて判別することが出来る。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３６】
Ｓ１０３において、ＥＣＵ２０は、燃料添加弁１７からの燃料添加量、即ち酸化触媒９への燃料供給量を、機関負荷の増加要求がある前の時点よりも減少させる。このとき、燃料添加弁１７からの燃料添加量を予め定められた量以下に減少させてもよく、また、要求された機関負荷の増加量、排気の流量及び酸化触媒９の温度等に基づいて定まる量以下に減少させてもよい。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３７】
以上説明したルーチンによれば、昇温制御が実行されているときに内燃機関１の機関負荷の増加要求があった場合、酸化触媒９への燃料供給量が減少する。酸化触媒９への燃料供給量が減少すると該酸化触媒９の昇温が抑制される。その結果、酸化触媒９を通過する排気の流通抵抗の上昇が抑制されるため、酸化触媒９よりも上流側の背圧が過剰に上昇することを抑制することが出来る。
【００３８】
従って、本実施例によれば、昇温制御が実行されているときに内燃機関１の機関負荷の増加要求があった場合であっても、内燃機関１の機関負荷をより速やかに増加させることが可能となり、その応答遅れを小さくすることが出来る。これのより、ドライバビリティの悪化が抑制される。
【００３９】
尚、本実施例においては、昇温制御が実行されているときに内燃機関１の機関負荷の増加要求があった場合、燃料添加弁１７からの燃料添加を停止してもよい。これによれば、酸化触媒９よりも上流側の背圧の過剰な上昇をより抑制することが出来る。
【００４０】
本実施例においては、内燃機関１の冷間始動時に、ＮＯｘ触媒１１を昇温させるべく上記昇温制御を実行してもよい。この場合、酸化触媒９よりも上流側の背圧が上昇することで内燃機関１の暖機がより促進することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例に係る機関負荷増加時の燃料添加量制御のルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・インテークマニホールド
６・・・排気通路
７・・・エキゾーストマニホールド
８・・・ターボチャージャ
８ａ・・コンプレッサハウジング
８ｂ・・タービンハウジング
９・・・酸化触媒
１０・・パティキュレートフィルタ
１１・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１２・・エアフローメータ
１３・・スロットル弁
１５・・ＥＧＲ通路
１６・・ＥＧＲ弁
１７・・燃料添加弁
１７・・空燃比センサ
１８・・バイパス通路
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ
２３・・空燃比センサ
２４・・温度センサ
【図１】
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【図２】
2009174502.tif 000004