JP2000054837A - 内燃機関の触媒昇温装置 - Google Patents
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Abstract
ができる内燃機関の触媒昇温装置を提供する。 【解決手段】 触媒の昇温を要するときに(ステップS
2)、昇温制御手段により排気昇温手段を作動させて内
燃機関の排気温度を上昇させ(ステップS6)、その後
に触媒が燃料反応下限温度に達すると(ステップS
4)、未燃燃料供給手段を作動させて触媒に未燃燃料を
供給する(ステップS8)ように構成した。未燃燃料が
供給される時点では、既に排気温度の上昇により触媒が
ある程度まで昇温されているため、未燃燃料は触媒上で
反応して燃焼し、燃料が有する熱量が効率よく昇温のた
めに利用される。
Description
エンジンという)の触媒を昇温する触媒昇温装置に関す
るものである。
た三元触媒等の触媒は、例えば300℃程度の活性下限
温度まで昇温させないと有害成分の浄化作用を奏しない
ことが知られている。又、リーン空燃比下でNOx(窒
素酸化物)を吸着する所謂吸蔵型リーンNOx触媒で
は、燃料中のS成分(硫黄成分)がSOx(硫黄酸化
物)として次第に吸着されてNOxの吸着を妨げること
から、SOxを除去するために、空燃比をリッチ化する
と共に、例えば650℃程度まで触媒を昇温させる所謂
Sパージ処理を行う必要がある。
ため、例えば、特開平8−100638号公報に記載の
触媒昇温装置では、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内
噴射型エンジンを対象として、冷間始動時に吸気行程又
は圧縮行程で行う主噴射に加えて、続く膨張行程で副噴
射を実行している。つまり、主噴射の燃焼によって生じ
た高温雰囲気中で副噴射の燃料を着火・燃焼させて、そ
の際の熱により排気温度を上昇させて、不活性状態にあ
る触媒が活性状態となるように触媒の昇温を図ってい
る。
報記載の触媒昇温装置は、排ガスの熱で触媒を間接的に
昇温させているに過ぎないため、以下に述べる根本的な
問題を抱えている。まず、長い排気通路中を通過する過
程で排ガスの熱が奪われることから、実際に触媒の昇温
に貢献する熱量が限られてしまう。650℃程度までの
大幅な昇温が要求されるSパージ処理は無論のこと、触
媒を活性化する場合でも、十分な浄化作用を得るには活
性下限温度よりかなり高い温度域まで昇温させるのが望
ましいが、このように絶対的な熱量不足から触媒昇温効
率が悪いという問題があった。
かに昇温させることができる内燃機関の触媒昇温装置を
提供することにある。
め、本発明では、触媒の昇温を要するときに、昇温制御
手段により排気昇温手段を作動させて内燃機関の排気温
度を上昇させ、その後に未燃燃料供給手段を作動させて
触媒に未燃燃料を供給するように構成した。未燃燃料が
供給される時点では、既に排気温度の上昇により触媒が
ある程度まで昇温されているため、未燃燃料は触媒上で
反応して燃焼し、燃料が有する熱量が効率よく昇温のた
めに利用される。
料を噴射する筒内噴射型エンジンの触媒昇温装置に具体
化した一実施例を説明する。図1の概略構成図におい
て、1は自動車用の筒内噴射型直列4気筒ガソリンエン
ジンであり、燃焼室5や吸気装置等が筒内噴射専用に設
計されている。エンジン1のシリンダヘッド2には、各
気筒毎に点火プラグ3と共に電磁式の燃料噴射弁4が取
り付けられており、図示しない燃料ポンプから供給され
た高圧燃料が、燃料噴射弁4より燃焼室5内に直接噴射
されるようになっている。シリンダヘッド2には略直立
方向に吸気ポート6が形成され、スロットル弁7にて流
量調整された吸入空気は、吸気マニホールド8及び吸気
ポート6を経て吸気弁9の開弁に伴って燃焼室5内に導
入されるようになっている。一方、排気ポート10につ
いては通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されて
おり、燃焼後の排ガスが排気弁11の開弁に伴って、排
気ポート10、排気マニホールド12、排気通路13、
触媒コンバータ14、図示しない消音器を経て大気中に
排出されるようになっている。
NOxを浄化する上流側の吸蔵型リーンNOx触媒14
a、及び理論空燃比下でCO、HC、NOxを浄化する
下流側の三元触媒14bから構成されている。車室内に
は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マッ
プ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM,BU
RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ
等を備えたECU(エンジン制御ユニット)21が設置
されており、エンジン1の総合的な制御を行う。ECU
21の入力側には、エンジン1のスロットル開度θTHを
検出するスロットルセンサ22、所定クランク角毎にク
ランク角信号を出力するクランク角センサ23、触媒コ
ンバータ14の直前の排気温度AEXを検出する高温セン
サ24等の各種センサ類が接続されている。又、出力側
には、前記した点火プラグ3及び燃料噴射弁4が接続さ
れている。ECU21は、各センサからの検出情報に基
づいて、点火時期、燃料噴射モード(後述するように、
燃料噴射を行う行程を表す)、及び燃料噴射時間等を決
定し、点火プラグ3と燃料噴射弁4を駆動制御する。
置が実行する触媒昇温制御を説明するが、それに先立っ
て、まず、筒内噴射型エンジン1の燃料噴射制御の概要
を説明する。筒内噴射型エンジン1は、燃焼室5内に直
接燃料を噴射する作動原理上、通常の吸気行程以外の行
程においても任意に燃料噴射を実行でき、例えば、圧縮
行程で燃料噴射を行うことにより、点火プラグ3の周囲
に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で、全体として
40程度の極めてリーンな空燃比での燃焼を可能として
いる。一般の運転時(触媒昇温処理以外)には、スロッ
トル開度θTH等から得た目標平均有効圧Peとクランク
角センサ23のクランク角信号から求めたエンジン回転
速度Neとから、予め設定されたマップに従って燃料噴
射モード及び目標空燃比を決定している。例えば、目標
平均有効圧Peとエンジン回転速度Neが共に低い低負荷
・低回転域では、燃費節減とエミッション低減を目的と
して、圧縮行程噴射モードを選択すると共にリーン側の
目標空燃比を設定する。そして、その目標空燃比から決
定した燃料噴射時間に基づいて、図示しない燃料噴射制
御ルーチンにより燃料噴射弁4を制御して、圧縮行程に
おいて燃料噴射を実行する。
21は図2に示す触媒昇温制御ルーチンを所定の制御イ
ンターバルで実行する。まず、ECU21はステップS
2でリーンNOx触媒14aや三元触媒14bの昇温が
必要か否かを判定する。例えば、冷間始動時のように未
だ排気温度が上昇せずにこれらの触媒14a,14bの
昇温が望めない場合、或いは、走行中であっても、上記
した圧縮行程噴射モード時のように発熱量が少ない超リ
ーン運転によって排気温度が低下してこれらの触媒14
a,14bが冷却された場合には、触媒温度が活性下限
温度(浄化作用を奏する下限温度、例えば300℃)を
下回って不活性となってしまうため、昇温が必要とな
る。又、リーンNOx触媒14bについては、燃料中に
含まれたS成分(硫黄成分)がSOx(硫黄酸化物)と
して次第に吸着されてNOxの吸着を妨げることから、
SOx除去のために昇温が必要となる。
温センサ24にて検出された排気温度AEX等に基づいて
リーンNOx触媒14aや三元触媒14bが不活性であ
るか否かを判定したり、或いは、燃料噴射量の積算値
(換言すれば、燃焼に供された燃料中のS成分の積算
値)に基づいて推定した被毒S量(リーンNOx触媒1
4aに吸着されているS成分量)が所定量に達してSO
x除去を要するか否かを判定したりする。そして、それ
らの判定がNO(否定)のときには、ECU21は触媒
14a,14bの昇温を要しないとしてルーチンを終了
する。
のときには、ECUは触媒14a,14bの昇温を要す
るとしてステップS4に移行し、触媒温度が燃料反応下
限温度以上か否かを判定する。燃料反応下限温度は、触
媒14a,14b上に供給された燃料を反応により燃焼
させ得る下限の温度である。尚、触媒温度は、高温セン
サ24にて検出された排気温度AEXに基づいて推定して
おり、詳しくは、エンジン回転速度Neと目標平均有効
圧Peとに応じた温度差マップ、或いはエンジン回転速
度Neと1行程当たりの吸入空気量とに応じた温度差マ
ップが予め設定され、そのマップに従って排気温度AEX
から触媒温度Aを推定する。又、このように触媒温度を
推定せずに、センサにて直接検出してもよい。
は外気温程度しかないため、ステップS4で燃料反応下
限温度未満としてNOの判定が下され、ECU21はス
テップS6に移行して排気温度上昇処理を実行する。本
実施例では、排気温度上昇処理として2段噴射処理を実
行している。この2段噴射処理は、上記のように吸気行
程又は圧縮行程で行う燃料噴射(主噴射)に加えて、続
く膨張行程でも燃料噴射(副噴射)を実行する処理であ
る。副噴射のタイミングは膨張行程の前期又は中期に設
定されており、その燃料は主噴射の燃焼によって生じた
高温雰囲気中で着火・燃焼されて、燃焼室5内及び排気
マニホールド12内でほぼ燃焼し尽くす。つまり、この
ステップS6の処理内容は、従来技術で述べた公報記載
の触媒昇温装置と同様であり、主噴射の燃料が主に膨張
仕事に費やされるのに対し、副噴射の燃料は排気温度の
上昇に消費されることになる。
ば、特開平8−100638号公報を参照されたい。前
述のように実際の燃料噴射制御は燃料噴射制御ルーチン
で実行されるため、ステップS6では、燃料噴射制御ル
ーチンの制御内容を通常の噴射処理から2段噴射処理に
切換えるための処理が行われる。尚、以上の2段噴射処
理に代えて、ステップS6では排気温度を上昇させる手
法として点火時期のリタードを実行してもよい。
温度が上昇すると、リーンNOx触媒14a及び三元触
媒14bの温度も次第に上昇し、その触媒温度が燃料反
応下限温度に達した時点で、ステップS4での判定がY
ESになることから、ECU21はステップS8に移行
して未燃燃料供給処理を実行する。本実施例では、未燃
燃料供給処理として2段噴射処理を実行しているが、前
記したステップS6の2段噴射処理とは相違して、副噴
射のタイミングを膨張行程の後期又は排気行程に設定し
ている。つまり、主噴射の燃焼が終了した後に副噴射が
行われるため、その燃料は燃焼室5内や排気マニホール
ド12内で燃焼することなく、未燃燃料としてリーンN
Ox触媒14a及び三元触媒14bに到達する。前記の
ように触媒温度は燃料反応下限温度に達しているため、
未燃燃料は触媒14a,14b上で反応して燃焼し始
め、これらの触媒14a,14bを速やかに昇温する。
尚、リーンNOx触媒14bのSOx除去を目的として昇
温するときには、高温且つリッチ空燃比ほど除去効率が
向上することから、ステップS8では2段噴射処理と共
に目標空燃比がリッチ側に補正される。
温度が上昇し、例えば、前記ステップS2で触媒温度が
活性下限温度未満であるとの理由でこの昇温処理を開始
した場合には、触媒温度が活性下限温度に達した時点で
ステップS2の判定がNOになるため、ECU21はこ
の触媒昇温制御ルーチンを終了する。又、ステップS2
でリーンNOx触媒のSOx除去を要するとの理由でこの
昇温処理を開始した場合には、推定したSOx除去量
(ステップS8の実行時間、及びSOxの除去効率に影
響する触媒温度や空燃比等に基づいて推定する)が所定
値に達した時点でステップS2の判定がNOになるた
め、ECU21はこの触媒昇温制御ルーチンを終了す
る。
プS8では排気温度を上昇させる手法として、触媒上流
側に設けた燃料噴射弁から触媒14a,14bに向けて
燃料を噴射してもよい。そして、本実施例では、ステッ
プS2及びステップS4の処理を実行するときのECU
21が昇温制御手段として機能し、ステップS6の処理
を実行するときのECU21及び燃料噴射弁4が排気昇
温手段として機能し、ステップS8の処理を実行すると
きのECU21及び燃料噴射弁4が未燃燃料供給手段と
して機能する。
度未満のときには、2段噴射処理の副噴射を膨張行程の
前期又は中期に実行し、その燃焼時の熱により排気温度
を上昇させて触媒14a,14bを昇温させ、その後、
触媒温度が燃料反応下限温度に達した時点で、副噴射の
タイミングを膨張行程の後期又は排気行程に切換えて、
未燃燃料をリーンNOx触媒14a及び三元触媒14b
に供給して反応・燃焼させている。即ち、タイミングの
切換後は、未燃燃料のまま排気通路中を通過するため、
従来技術で述べた排気通路中での排ガスの熱損失が防止
されると共に、その未燃燃料が触媒上で直接的に燃焼す
るため、排ガスから触媒に熱伝達する際の応答性の悪化
が生ずる余地は全くなくなる。よって、副噴射の燃料が
有する熱量を効率よく昇温のために利用でき、触媒14
a,14bを要求温度まで速やかに昇温させることがで
きる。
境界点として制御を切換えているため、切換が早過ぎた
ときの未燃燃料が触媒14a,14b上で反応せずに大
気中に排出される事態を防止した上で、この触媒上での
燃焼による急速昇温の利点を最大限に発揮させることが
できる。又、本実施形態では、触媒昇温のために他のデ
バイスを用いていないため、非常に簡素なシステムで触
媒の急速昇温が可能となる。
態様はこの実施例に限定されるものではない。本発明の
特徴は、排気温での触媒昇温過程と未燃燃料による触媒
上での反応昇温過程とを組み合わせて触媒を昇温する点
にあるため、その対象となるエンジンの種別等は種々に
変更可能であり、例えば、吸気マニホールド内に燃料噴
射する通常のエンジンを対象とした触媒昇温装置に具体
化してもよい。この場合には、実施例のように2段噴射
を利用できないため、例えば、点火時期のリタードや触
媒上流に設けた電気加熱触媒によって排気温度を上昇さ
せ、触媒がある程度昇温すると、触媒上流に設けた燃料
噴射弁から触媒に向けて燃料を噴射して反応させ、更に
昇温させるように構成すればよい。
触媒昇温装置によれば、触媒の昇温を要するときに、内
燃機関の排気温度を上昇させ、その後に触媒に未燃燃料
を供給するようにしたため、排気温度の上昇によりある
程度昇温した触媒上に未燃燃料が供給されて、触媒上で
反応して燃焼することから、燃料が有する熱量を効率よ
く昇温のために利用して、触媒を要求温度まで速やかに
昇温させることができる。
成図である。
フローチャートである。
段) 13 排気通路 21 ECU(排気昇温手段、未燃燃料供給手段、昇
温制御手段)
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けられた触媒
と、 上記内燃機関の排気温度を上昇させる排気昇温手段と、 上記触媒に未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段と、 上記触媒の昇温を要するときに、上記排気昇温手段を作
動させ、その後に上記供給手段を作動させる昇温制御手
段とを備えたことを特徴とする内燃機関の触媒昇温装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10223118A JP2000054837A (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 内燃機関の触媒昇温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10223118A JP2000054837A (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 内燃機関の触媒昇温装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000054837A true JP2000054837A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16793111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10223118A Pending JP2000054837A (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 内燃機関の触媒昇温装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2000054837A (ja) |
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- 1998-08-06 JP JP10223118A patent/JP2000054837A/ja active Pending
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