JP2003041983A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気浄化用触媒の早期活性化を目的として、
排気を昇温させるために、空気過剰率を低下させる場
合、排気性能悪化や燃焼不安定を防止する。 【解決手段】 排気浄化用触媒１２が活性していないと
判断されたときに、吸気絞り弁４、可変容量型過給機
３、更には燃料噴射弁６の後噴射により、空気過剰率を
低下させる。また同時に、ＥＧＲ弁８により、空気過剰
率の低下に応じてＥＧＲ率を制御する。但し、始動直後
等の燃焼不安定を生じるときは、空気過剰率の低下を禁
止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、特に排気浄化装置の要求により排気を昇
温させる場合の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気浄化装置からの要求により排気を昇
温させる必要がある場合に、空気過剰率を低下（低減補
正）することで排温を上昇させる内燃機関の排気浄化装
置が知られている（特開２０００−１８０２４号公報参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、排気性能に
影響を及ぼすパラメータとしては、空気過剰率の他にＥ
ＧＲ率が挙げられ、排気性能に対し、空気過剰率とＥＧ
Ｒ率は互いに相関しており（図３参照）、空気過剰率が
決定すると、排気性能上最適なＥＧＲ率も決定する。
【０００４】しかしながら、上記の従来技術は空気過剰
率だけを変化させるものである。通常、空気過剰率とＥ
ＧＲ率はそれぞれ別個に運転条件に応じて決定されるパ
ラメータであるから、空気過剰率だけを変化させるとＥ
ＧＲ率とのマッチングがずれて、排気性能を悪化させて
しまうといった問題点があった。本発明は、このような
従来の問題点に鑑み、排気昇温のために空気過剰率を低
下させる場合に、同時にＥＧＲ率を好適に制御すること
で、排気性能の悪化を防止することのできる内燃機関の
排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、機関の排気通路に配置され、排気中の排気成分
を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の活性状
態を判定する活性状態判断手段と、前記排気浄化手段が
活性していないと判断されたとき、空気過剰率を低下す
る空気過剰率制御手段と、この空気過剰率の低下に応じ
てＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする。
【０００６】請求項２の発明では、前記活性状態判断手
段は、エンジン冷間時に、前記排気浄化手段が活性して
いないと判断することを特徴とする。請求項３の発明で
は、前記活性状態判断手段は、前記排気浄化手段の温度
が所定の温度を下回るときに、前記排気浄化手段が活性
していないと判断することを特徴とする。
【０００７】請求項４の発明では、前記空気過剰率制御
手段は、始動後、シリンダ壁温が所定温度に達するまで
の間は、空気過剰率の低下を禁止することを特徴とす
る。請求項５の発明では、前記空気過剰率制御手段は、
始動から所定時間が経過するまでの間は、空気過剰率の
低下を禁止することを特徴とする。請求項６の発明で
は、前記空気過剰率制御手段は、始動から所定時間が経
過するまでの間は、現在までの経過時間と前記所定時間
との差又は比に応じて、空気過剰率を低下させることを
特徴とする。
【０００８】請求項７の発明では、前記所定時間は、始
動時のエンジン冷却水温が低いほど長くするよう変化さ
せることを特徴とする。請求項８の発明では、前記空気
過剰率制御手段は、始動後のアイドル状態において、主
燃料噴射量が所定の噴射量に達するまでの間は、空気過
剰率の低下を禁止することを特徴とする。
【０００９】請求項９の発明では、前記空気過剰率制御
手段は、始動後のアイドル状態において、主燃料噴射量
が所定の噴射量に低下するまでの間は、現在の噴射量と
前記所定の噴射量との差又は比に応じて、空気過剰率を
減少させることを特徴とする。請求項１０の発明では、
前記排気浄化手段の温度を検出あるいは予測する手段を
備え、前記空気過剰率制御手段は、前記排気浄化手段の
温度が所定の温度を超えた場合、空気過剰率の低下を禁
止することを特徴とする。
【００１０】請求項１１の発明では、前記排気浄化手段
の出口の排気温度を検出あるいは予測する手段を備え、
前記空気過剰率制御手段は、前記排気浄化手段の出口の
排気温度が所定の温度を超えた場合、空気過剰率の低下
を禁止することを特徴とする。請求項１２の発明では、
前記空気過剰率制御手段は、エンジン冷却水温が所定の
温度を超えた場合、空気過剰率の低下を禁止することを
特徴とする。
【００１１】請求項１３の発明では、前記空気過剰率制
御手段は、始動からのシリンダ内への燃料噴射による投
入熱量の積算値が所定の熱量を超えた場合、空気過剰率
の低下を禁止することを特徴とする。請求項１４の発明
では、前記空気過剰率制御手段は、エンジンの吸気通路
と排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁を
制御することを特徴とする。
【００１２】請求項１５の発明では、前記空気過剰率制
御手段は、エンジンの吸気通路に設けた吸気絞り弁を制
御することを特徴とする。請求項１６の発明では、排気
ガスの熱エネルギを回収し、エンジンに吸入される空気
を過給する過給機を備え、前記空気過剰率制御手段は、
前記過給機の熱回収率を減少させて、吸入空気量を減少
させることを特徴とする。
【００１３】請求項１７の発明では、前記過給機は、排
気タービンのノズル部に可動式ベーンを設置した可変容
量型過給機、あるいは排気タービン入口にウエストゲー
トを備えたウエストゲート式過給機のいずれかであるこ
とを特徴とする。請求項１８の発明では、主燃料噴射後
の膨張行程中あるいは排気行程中に燃料を噴射する後噴
射を可能とする燃料噴射手段を備え、前記空気過剰率制
御手段による空気過剰率の低下時に、後噴射を実施する
ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、冷間時などに
空気過剰率を減少させることで、排気温度を十分に上げ
ることが可能となる（図２参照）。また、その際の排気
成分は、空気過剰率とＥＧＲ率に相関が強く（図３参
照）、最適なＥＧＲ率が存在するため、そのときの空気
過剰率に応じてＥＧＲ率を制御することで、エンジンか
ら排出される排気を低く抑えることが可能となる。
【００１５】請求項２の発明によれば、低温始動後など
のエンジン冷間時に、排気浄化手段が活性していないと
判断するので、判断が容易となる。請求項３の発明によ
れば、排気浄化手段の温度が所定の温度を下回るとき
に、排気浄化手段が活性していないと判断するので、判
断がより正確となる。請求項４の発明によれば、始動直
後のようなシリンダ壁温が低いときに空気過剰率を低下
した場合に、燃焼安定性が損なわれるのを防止すること
ができる。
【００１６】請求項５の発明によれば、始動直後のシリ
ンダ壁温の上昇推移を始動からの経過時間によって簡易
的に表現することにより、新規に壁温センサを設置する
必要や、エンジンコントロールユニットでの壁温予測の
ための複雑な演算負荷をなくすことができる。また、壁
温の影響を所定時間の適合のみで行うため、適合工数を
大幅に削減することができる。
【００１７】請求項６の発明によれば、始動直後から徐
々に空気過剰率の低減制御を加えることで、より迅速な
排気昇温が可能となる。請求項７の発明によれば、始動
前のエンジン本体温度に応じて、始動後燃焼が安定する
までの時間が変化するため、始動前のエンジン本体温度
を代表する始動時点での水温に応じて所定時間を設定す
ることにより、燃焼安定性を損なわず、迅速な排気昇温
ができる。
【００１８】請求項８の発明によれば、始動直後のアイ
ドル運転時の主燃料噴射量は、シリンダ壁温やフリクシ
ョン等の影響を受けるため、主燃料噴射量が所定噴射量
以下になっていない場合は、十分な燃焼安定性がないと
判断して、空気過剰率の低下を禁止することで、安定し
た制御が可能となる。請求項９の発明によれば、始動直
後からシリンダ壁温やフリクション等の影響を考慮しな
がら、徐々に空気過剰率の低減制御を加えることがで
き、より迅速な排気昇温が可能となる。
【００１９】請求項１０の発明によれば、実際の排気浄
化手段の温度を検出あるいは予測して、排気浄化手段の
活性状態を把握することで、不要な排気昇温による燃費
悪化を抑えることができる。請求項１１の発明によれ
ば、排気浄化手段の出口の排気温度を検出あるいは予測
することで、酸化活性が起こったことを示す出口側の排
気温度の急上昇を観察して、排気浄化手段の活性状態を
的確に把握することが可能となり、不要な排気昇温によ
る燃費悪化を抑えることができる。
【００２０】請求項１２の発明によれば、排気浄化手段
の活性状態とエンジンの暖機状態（エンジン冷却水温）
とが略一致すると簡易的に考えることで、新規の温度セ
ンサや複雑な予測演算などを省略することができる。請
求項１３の発明によれば、排気浄化手段の活性状態と始
動からの全投入熱量とが略一致すると考えることで、投
入熱量は、サイクル燃料噴射量とエンジン回転数（この
２つのパラメータは通常どのような演算にも利用される
基本的な値）等から積算により容易に計算できるため、
複雑な演算負荷を増加させないで、排気浄化手段の活性
状態を的確に予測することができる。
【００２１】請求項１４の発明によれば、ＥＧＲ率を制
御して圧縮端温度の低下を抑制しつつ空気過剰率を小さ
くできるため、失火を防止しつつ排気を昇温させられ
る。請求項１５の発明によれば、ＥＧＲ率と空気過剰率
を精密に制御することができる。請求項１６の発明によ
れば、過給機付きの内燃機関であっても、排気タービン
の熱回収を減少させることで、十分な空気過剰率の低下
と、排気の昇温とが可能となる。
【００２２】請求項１７の発明によれば、可変容量型過
給機あるいはウエストゲート式過給機を用いることで、
空気過剰率の制御を精密に行うことができる。請求項１
８の発明によれば、請求項１４や請求項１５や請求項１
６との組合わせにより、アイドルのような低負荷におい
ても、確実に空気過過剰率を低下することが可能とな
り、迅速な排気昇温が可能となる。また、後噴射は膨張
行程あるいは排気行程に実施されるため、その大半が未
燃燃料となりやすく、後噴射のみでの空気過剰率制御で
は排気の悪化をまねくおそれがある。しかし、請求項１
４や請求項１５や請求項１６で、予め空気過剰率を低減
させ、その未達分を後噴射に分担させることで、同空気
過剰率でも後噴射量を減少させることができるため、排
気悪化を低く抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図
である。ディーゼルエンジン１において、吸気通路２よ
り吸入された空気は、可変容量型過給機（吸気コンプレ
ッサ）３により過給され、吸気絞り弁４を通過した後、
マニホールド部を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。
燃料は、高圧燃料ポンプ（図示せず）により高圧化され
てコモンレール５に送られ、各気筒の燃料噴射弁６から
燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と
噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼する。
【００２４】エンジン１からの排気はマニホールド部を
経て排気通路７へ流出する。ここで排気の一部は、ＥＧ
Ｒガスとして、ＥＧＲ通路８によりＥＧＲ弁９を介して
吸気側へ還流される。排気通路７の可変容量型過給機
（排気タービン）３より下流側には、排気浄化手段とし
て、排気浄化用触媒１０を配置してある。
【００２５】尚、ここでは、過給機３として、排気ター
ビンのノズル部に可動式ベーンを設置した可変容量型過
給機を用いるものとするが、排気タービン入口にウエス
トゲートを備えたウエストゲート式過給機を用いるよう
にしてもよい。エンジンコントロールユニット（以下Ｅ
ＣＵという）２０には、エンジン１の制御のため、エン
ジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開
度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量
Ｑａ検出用のエアフローメータ２３、エンジン冷却水温
Ｔｗ検出用の水温センサ２４等から、信号が入力されて
いる。
【００２６】また、必要により、シリンダ壁温Ｔwallを
検出する壁温センサ２５、排気浄化用触媒１２の温度
（担体温度）Ｔbed を検出する触媒温度センサ２６、排
気浄化用触媒１２の出口側の排気温度Ｔcat-out を検出
する排気温度センサ２７などが設けられており、これら
の信号もＥＣＵ２０に入力されている。ＥＣＵ２０は、
これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁６への燃料噴
射量及び噴射時期制御のための燃料噴射指令信号、吸気
絞り弁４への開度指令信号、ＥＧＲ弁９への開度指令信
号、可変容量型過給機３への動作指令信号などを出力す
る。
【００２７】ところで、このようなエンジン１では、排
気浄化用触媒１２が十分に活性されているときは、エン
ジン１から排出される排気ガスの大半を酸化及び還元反
応により浄化することができる。しかし、触媒１２が活
性していない場合、上記酸化及び還元反応が起こらない
ため、排気を浄化することはできない。そこで本発明で
は、排気浄化用触媒の早期活性化のため、空気過剰率を
低下させることにより、排気を昇温し、排気浄化能力の
向上を図ると共に、上記空気過剰率の低下に伴う始動直
後の燃焼不安定性を回避する。
【００２８】本発明者らが実験的に確認したところ、図
２に示されるように、触媒入口の排気温度は、空気過剰
率との相関が強く、低温時の触媒活性に必要な排気温度
が決まれば、目標空気過剰率を決定することができる。
尚、図２の空気過剰率−触媒入口排気温度の特性は運転
状態に関係なく、常に図の特性を示す。また、エンジン
から排出されるエミッション（ＮＯｘ排出量及びＨＣ排
出量）は、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、空
気過剰率とＥＧＲ率とに左右される。従って、排気昇温
のために空気過剰率を低下させた場合は、ＥＧＲ率を大
きくすることで、排気性能の悪化を防止することができ
る。しかし、排気昇温を狙い、低温始動直後から急激
に、空気過剰率を小さく、ＥＧＲ率を大きくした場合、
燃焼が不安定となり、エミッション悪化を招くばかり
か、運転性にまで悪影響を及ぼすことが分かった。
【００２９】この燃焼の不安定性は、シリンダ壁温が低
いことが多大な影響を及ぼしていることが分かったた
め、低温始動直後に時々刻々と変化するシリンダ壁温を
考慮して、排気昇温の制御をする必要がある。このため
本発明では、排気浄化用触媒の早期活性化に必要な排気
の昇温を図る際に、エミッション及び燃焼安定性を考慮
しつつ、空気過剰率とＥＧＲ率とを制御する。
【００３０】かかる空気過剰率とＥＧＲ率とによる本発
明に係る排気昇温制御について、以下に詳細に説明す
る。図４は、ＥＣＵ２０にて実行される排気昇温制御の
フローチャート（メインフロー）である。Ｓ１００で
は、触媒が活性しているか否かを判定する。ここで、Ｆ
ＬＧ＝１のときは活性していないと判断してＳ１０１へ
進み、ＦＬＧ＝０のときは活性していると判断して本フ
ローを終了する。
【００３１】ＦＬＧの設定は、図５（ａ）又は図５
（ｂ）のフローで行われる。図５（ａ）は、エンジン冷
間時（始動後の暖機運転中）であるか否かによって触媒
の活性状態を判断するフローである。Ｓ１１でエンジン
冷却水温Ｔｗを検出し、Ｓ１２での判定で、所定値未満
のとき、エンジン冷間時であって触媒が活性していない
と判断して、Ｓ１３に進み、ＦＬＧ＝１とする。Ｔｗが
所定値以上のときは、触媒は活性していると判断して、
Ｓ１４に進み、ＦＬＧ＝０とする。
【００３２】図５（ｂ）は、触媒温度に基づいて触媒の
活性状態を判断するフローである。Ｓ２１で触媒温度Ｔ
bed を検出し、Ｓ２２での判定で、所定値未満のとき、
触媒が低温で活性していないと判断して、Ｓ２３に進
み、ＦＬＧ＝１とする。Ｔbedが所定値以上のときは、
触媒は活性していると判断して、Ｓ２４に進み、ＦＬＧ
＝０とする。
【００３３】Ｓ１０１では、排気昇温の要求度を演算す
る。これは図６、図７、図８、図１１又は図１２のフロ
ーによりなされ、詳細はあとで述べる。Ｓ１０２では、
排気昇温を終了するか否かを判定する。これは図１４、
図１５、図１６又は図１７のフローによりなされ、これ
も詳細はあとで述べる。Ｓ１０３では、目標空気過剰率
を演算する。これは図１４のフローによりなされ、これ
も詳細はあとで述べる。
【００３４】Ｓ１０４では、目標ＥＧＲ率を演算する。
これは図２１のフローによりなされ、これも詳細はあと
で述べる。Ｓ１０５では、Ｓ１０３及びＳ１０４にて演
算した目標空気過剰率及び目標ＥＧＲ率に応じて、吸気
絞り弁、ＥＧＲ弁、過給機、後噴射を制御し、排気昇温
を実施する。これは図２３に示すような演算方法により
なされ、これも詳細はあとで述べる。
【００３５】次に、Ｓ１０１での排気昇温要求度演算の
第１実施例として、燃焼安定性を考慮して、排気昇温を
実施するか否かの判定をするための、図６の制御フロー
について説明する。Ｓ２０１では、シリンダ壁温Ｔwall
を壁温センサにより検出する。Ｓ２０２では、検出した
シリンダ壁温Ｔwallについて判定し、予め設定した壁温
＃TWALL よりも高い場合はＳ２０３へ進み、低い場合は
Ｓ２０４へ進む。
【００３６】Ｓ２０３では、排気昇温のための制御を開
始しても、燃焼安定性は十分確保されるとして、排気昇
温を許可する（ＬＴＣ＿demand＝１とする）。Ｓ２０４
では、排気昇温のための制御を開始すると、燃焼安定性
は失われるものとして、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿
demand＝０とする）。次に、Ｓ１０１での排気昇温要求
度演算の第２実施例として、燃焼安定性を考慮して、排
気昇温を実施するか否かの判定をするための、図７の制
御フローについて説明する。
【００３７】Ｓ３０１では、エンジン回転数Ｎｅを検出
する。Ｓ３０２では、検出したエンジン回転数Ｎｅにつ
いて判定し、予め設定した回転数＃ＮＥを超えた場合、
完爆したと判定し、Ｓ３０３へと進み、＃ＮＥ以下の場
合は、まだ完爆に到っていないと判定し、Ｓ３０４へと
進む。Ｓ３０３では、完爆したため、完爆判定フラグを
Ｏｎにして（ＳＴ＿Ｂit＝１として）、Ｓ３０５へ進
む。
【００３８】Ｓ３０４では、まだ完爆していないため、
完爆判定フラグをＯｆｆのまま維持して（ＳＴ＿Ｂit＝
０を維持して）、Ｓ３０８へ進む。Ｓ３０５では、完爆
判定フラグがＯｎとなってからの経過時間ＴＩＭＥを検
出し、次のＳ３０６での判定で、予め設定した時間＃Ｔ
ＩＭＥを超えた場合、Ｓ３０７へ進み、＃ＴＩＭＥ内の
場合は、Ｓ３０８へ進む。
【００３９】Ｓ３０７では、排気昇温のための制御を開
始しても、燃焼安定性は十分確保されるとして、排気昇
温を許可する（ＬＴＣ＿demand＝１とする）。Ｓ３０７
では、排気昇温のための制御を開始すると、燃焼安定性
は失われるものとして、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿
demand＝０とする）。次に、Ｓ１０１での排気昇温要求
度演算の第３実施例として、燃焼安定性を考慮して、排
気昇温を実施するか否かの判定をするための、図８の制
御フローについて説明する。尚、本実施例は、排気昇温
をするかしないかの判定のみではなく、排気昇温の要求
度も演算する。
【００４０】Ｓ４０１では、エンジン始動前のエンジン
冷却水温Ｔｗ、すなわちエンジン始動時にドライバーが
イグニッションをＯｎにした際のエンジン冷却水温Ｔｗ
を水温センサにより検出する。Ｓ４０２では、始動前の
水温Ｔｗがより低ければ、燃焼安定性が確保できるまで
の時間が長くなることを考慮し、例えば図９に示すよう
なテーブルにより、燃焼が安定するまでの所定時間（安
定運転可能時間）＃ＴＩＭＥを演算する。
【００４１】Ｓ４０３では、エンジン回転数Ｎｅを検出
する。Ｓ４０４では、エンジン回転数Ｎｅについて判定
し、予め設定した回転数＃ＮＥを超えた場合、完爆した
と判定し、Ｓ４０５へと進み、＃ＮＥ以下の場合は、ま
だ完爆に到っていないと判定し、Ｓ４０６へと進む。Ｓ
４０５では、完爆したため、完爆判定フラグをＯｎにし
て（ＳＴ＿Ｂit＝１として）、Ｓ４０８へ進む。
【００４２】Ｓ４０６では、まだ完爆していないため、
完爆判定フラグをＯｆｆのまま維持して（ＳＴ＿Ｂit＝
０を維持して）、Ｓ４０７へ進む。Ｓ４０７では、排気
昇温のための制御を開始すると、燃焼安定性は失われる
ものとして、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿demand＝０
とする）。Ｓ４０８では、完爆判定フラグがＯｎとなっ
てからの経過時間ＴＩＭＥを検出する。
【００４３】次のＳ４０９では、Ｓ４０２にて演算した
安定運転可能時間＃ＴＩＭＥと、Ｓ４０８にて検出した
完爆判定後の経過時間ＴＩＭＥとの差ｄＴＩＭＥ＝＃Ｔ
ＩＭＥ−ＴＩＭＥを演算する。次のＳ４１０では、Ｓ４
０９にて演算したｄＴＩＭＥから、例えば図１０に示す
ようなテーブルにより、排気昇温要求度ＬＴＣ＿demand
を演算する。すなわち、排気昇温要求度ＬＴＣ＿demand
を、完爆直後（ｄＴＩＭＥ大）ほどを小さく（０に近
く）、時間経過（ｄＴＩＭＥ減少）と共に大きく（１に
近く）演算する。尚、時間差ｄＴＩＭＥ＝＃ＴＩＭＥ−
ＴＩＭＥに代えて、時間比＃ＴＩＭＥ／ＴＩＭＥを用い
てもよい。
【００４４】次に、Ｓ１０１での排気昇温要求度演算の
第４実施例として、燃焼安定性を考慮して、排気昇温を
実施するか否かの判定をするための、図１１の制御フロ
ーについて説明する。Ｓ５０１では、始動後におけるア
イドル運転時の燃料噴射量（アイドル噴射量）Ｑｆidle
を検出する。
【００４５】Ｓ５０２では、検出した現在のアイドル噴
射量Ｑｆidleについて判定し、予め設定した噴射量＃Ｑ
ｆidleよりも少ない場合、Ｓ５０３へ進み、多い場合は
Ｓ５０４へ進む。Ｓ５０３では、排気昇温のための制御
を開始しても、燃焼安定性は十分確保されるものとし
て、排気昇温を許可する（ＬＴＣ＿demand＝１とす
る）。
【００４６】Ｓ５０４では、排気昇温のための制御を開
始すると、燃焼安定性は失われるものとして、排気昇温
を禁止する（ＬＴＣ＿demand＝０とする）。次に、Ｓ１
０１での排気昇温要求度演算の第５実施例として、燃焼
安定性を考慮して、排気昇温を実施するか否かの判定を
するための、図１２の制御フローについて説明する。
尚、本実施例は、排気昇温をするかしないかの判定のみ
ではなく、排気昇温の要求度も演算する。
【００４７】Ｓ６０１では、エンジン回転数Ｎｅを検出
する。Ｓ６０２では、検出したエンジン回転数Ｎｅにつ
いて判定し、予め設定した回転数＃ＮＥを超えた場合、
完爆したと判定し、Ｓ６０３へと進み、＃ＮＥ以下の場
合は、まだ完爆に到っていないと判定し、Ｓ６０４へと
進む。Ｓ６０３では、完爆したため、完爆判定フラグを
Ｏｎにして（ＳＴ＿Ｂit＝１として）、Ｓ６０６へ進
む。
【００４８】Ｓ６０４では、まだ完爆していないため、
始動判定フラグをＯｆｆのまま維持して（ＳＴ＿Ｂit＝
０を維持して）、Ｓ６０５へ進む。Ｓ６０５では、排気
昇温のための制御を開始すると、燃焼安定性は失われる
ものとして、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿demand＝０
とする）。Ｓ６０６では、始動後におけるアイドル運転
時の燃料噴射量（アイドル噴射量）Ｑｆidleを検出す
る。
【００４９】次のＳ６０７では、検出した現在のアイド
ル噴射量Ｑｆidleと、予め設定した噴射量＃Ｑｆidleと
の差ｄＱｆidle＝Ｑｆidle−＃Ｑｆidleを演算する。次
のＳ６０８では、Ｓ６０７にて演算したｄＱｆidleか
ら、例えば図１３に示すようなテーブルにより、排気昇
温要求度ＬＴＣ＿demandを演算する。すなわち、排気昇
温要求度ＬＴＣ＿demandを、低温始動直後でアイドル噴
射量が大きい（ｄＱｆidle大）ほどを小さく（０に近
く）、アイドル噴射量の低下（ｄＱｆidle減少）と共に
大きく（１に近く）演算する。尚、噴射量差ｄＱｆidle
＝Ｑｆidle−＃Ｑｆidleに代えて、噴射量比Ｑｆidle／
＃Ｑｆidleを用いてもよい。
【００５０】次に、Ｓ１０２での排気昇温終了判定の第
１実施例として、排気昇温開始後、触媒の活性あるいは
不活性を判定するための、図１４の制御フローについて
説明する。Ｓ７０１では、触媒温度Ｔbed を触媒温度セ
ンサにより検出する。Ｓ７０２では、検出した触媒温度
Ｔbed について判定し、予め設定した温度＃TBEDよりも
低い場合、Ｓ７０３へ進み、高い場合、Ｓ７０４へ進
む。
【００５１】Ｓ７０３では、触媒はまだ活性に到ってい
ないと判断し、Ｓ１０１にて演算した排気昇温要求度Ｌ
ＴＣ＿demandをそのまま継承する。Ｓ７０４では、触媒
は十分に活性に到ったと判断し、排気昇温を禁止する
（ＬＴＣ＿demand＝０とする）。次に、Ｓ１０２での排
気昇温終了判定の第２実施例として、排気昇温開始後、
触媒の活性あるいは不活性を判定するための、図１５の
制御フローについて説明する。
【００５２】Ｓ８０１では、触媒出口の排気温度Ｔcat-
out を排気温度センサにより検出する。Ｓ８０２では、
検出した触媒出口の排気温度Ｔcat-out について判定
し、予め設定した温度＃TGASよりも低い場合、Ｓ８０３
へ進み、高い場合、Ｓ８０４へ進む。
【００５３】Ｓ８０３では、触媒はまだ活性に到ってい
ないと判断し、Ｓ１０１にて演算した排気昇温要求度Ｌ
ＴＣ＿demandをそのまま継承する。Ｓ８０４では、触媒
は十分に活性に到ったと判断し、排気昇温を禁止する
（ＬＴＣ＿demand＝０とする）。次に、Ｓ１０２での排
気昇温終了判定の第３実施例として、排気昇温開始後、
触媒の活性あるいは不活性を判定するための、図１６の
制御フローについて説明する。
【００５４】Ｓ９０１では、エンジン冷却水温Ｔｗを水
温センサにより検出する。Ｓ９０２では、検出した冷却
水温Ｔｗについて判定し、予め設定した水温＃ＴＷより
も低い場合、Ｓ９０３へ進み、高い場合、Ｓ９０４へ進
む。Ｓ９０３では、触媒はまだ活性に到っていないと判
断し、Ｓ１０１にて演算した排気昇温要求度ＬＴＣ＿de
mandをそのまま継承する。
【００５５】Ｓ９０４では、触媒は十分に活性に到った
と判断し、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿demand＝０と
する）。次に、Ｓ１０２での排気昇温終了判定の第４実
施例として、排気昇温開始後、触媒の活性あるいは不活
性を判定するための、図１７の制御フローについて説明
する。
【００５６】Ｓ１００１では、燃料噴射量Ｑｆとエンジ
ン回転数Ｎｅとを検出する。Ｓ１００２では、例えば図
１８に示すような演算方法により、始動から現在までの
投入熱量積算相当値ＩＮＴ＿Ｑを演算する。すなわち、
図１８に示すように、２０ｍｓジョブで、燃料噴射量Ｑ
ｆとエンジン回転数Ｎｅとから、Ｎｅ／（６０×５０）
／２×Ｎcyl ×Ｑｆを求め（但しＮcyl は気筒数）、こ
れを積算することで、投入熱量積算相当値ＩＮＴ＿Ｑを
算出する。
【００５７】Ｓ１００３では、Ｓ１００２にて演算した
投入熱量積算相当値ＩＮＴ＿Ｑについて判定し、予め設
定した投入熱量＃ＩＮＴＱよりも少ない場合、Ｓ１００
４へと進み、多い場合、Ｓ１００５へ進む。Ｓ１００４
では、触媒はまだ活性に到っていないと判断し、Ｓ１０
１にて演算した排気昇温要求度ＬＴＣ＿demandをそのま
ま継承する。
【００５８】Ｓ１００５では、触媒は十分に活性に到っ
たと判断し、排気昇温を禁止する（ＬＴＣ＿demand＝０
とする）。次に、Ｓ１０３での目標空気過剰率演算の実
施例として、目標空気過剰率を演算するための、図１９
の制御フロー（及び図２０の制御ブロック図）について
説明する。
【００５９】Ｓ１１０１では、エンジン回転数Ｎｅ、燃
料噴射量Ｑｆ、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する。Ｓ１
１０２では、例えば図２０に示すような演算方法によ
り、排気昇温を実施しない場合の基本目標空気過剰率
（基本目標λ）ＢＭLambdaを演算する。すなわち、先
ず、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとから、基本
目標λマップより、基本目標λ（マップ値）を求める。
次に、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとから基本
目標λ水温補正量マップより求められる基本目標λ水温
補正量に、水温Ｔｗから基本目標λ水温補正係数テーブ
ルより求められる水温補正係数を乗じることで、水温補
正量を得る。そして、基本目標λ（マップ値）から水温
補正量を減算補正して、基本目標λ（ＢＭLambda）を求
める。
【００６０】Ｓ１１０３では、例えば図２０に示すよう
な演算方法により、Ｓ１１０２にて演算した基本目標空
気過剰率（基本目標λ）ＢＭLambdaを基に、運転条件
や、排気昇温要求度ＬＴＣ＿demandに応じて、排気昇温
を実施する場合の最終目標空気過剰率（最終目標λ）Ｆ
ＭLambdaを演算する。すなわち、先ずエンジン回転数Ｎ
ｅと燃料噴射量Ｑｆとから、目標λ昇温要求補正量マッ
プ（図２４参照）より、目標λ昇温要求補正量を求め
る。次に、基本目標λ（ＢＭLambda）から目標λ昇温要
求補正量を減算して得た値に、排気昇温要求度ＬＴＣ＿
demandを乗じて、最終的な補正量を求める。そして、基
本目標空気過剰率（ＢＭLambda）から、前記最終的な補
正量を減算して、最終目標λ（ＦＭLambda）を求める。
【００６１】次に、Ｓ１０４での目標ＥＧＲ率演算の実
施例として、目標ＥＧＲ率を演算するための、図２１の
制御フロー（及び図２２の制御ブロック図）について説
明する。Ｓ１２０１では、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴
射量Ｑｆ、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する。
【００６２】Ｓ１２０２では、例えば図２２に示すよう
な演算方法により、排気昇温を実施しない場合の基本目
標ＥＧＲ率ＢＭＥＧＲを演算する。すなわち、先ず、エ
ンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとから、基本目標Ｅ
ＧＲ率マップより、基本目標ＥＧＲ率（マップ値）を求
める。次に、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとか
ら基本目標ＥＧＲ水温補正量マップより求められる基本
目標ＥＧＲ水温補正量に、水温Ｔｗから基本目標ＥＧＲ
水温補正係数テーブルより求められる水温補正係数を乗
じることで、水温補正量を得る。そして、基本目標ＥＧ
Ｒ率（マップ値）から水温補正量を減算補正して、基本
目標ＥＧＲ率（ＢＭＥＧＲ）を求める。
【００６３】Ｓ１２０３では、例えば図２２に示すよう
な演算方法により、Ｓ１２０２にて演算した基本目標Ｅ
ＧＲ率ＢＭＥＧＲを基に、最終目標空気過剰率ＦＭLamb
da及び基本目標空気過剰率ＢＭLambdaに応じて、排気昇
温を実施する場合の最終目標ＥＧＲ率ＦＭＥＧＲを演算
する。すなわち、先ず、基本目標空気過剰率ＢＭLambda
と最終目標空気過剰率ＦＭLambdaとの偏差ｄＭLambdaを
求め、最終目標空気過剰率ＦＭLambdaと、前記偏差ｄＭ
Lambdaとから、目標ＥＧＲ昇温要求補正係数マップ（図
２５参照）より、目標ＥＧＲ昇温要求補正係数を求め
る。次に、基本目標ＥＧＲ率ＢＭＥＧＲに、目標ＥＧＲ
昇温要求補正係数を乗算して補正することで、最終目標
ＥＧＲ率ＦＭＥＧＲを求める。
【００６４】次に、Ｓ１０５での制御の実施例として、
目標空気過剰率及び目標ＥＧＲ率を実現するための、具
体的手法について、図２３の制御ブロック図を用いて説
明する。最終目標空気過剰率ＦＭLambdaを基に、これに
理論空燃比ＢLambda＝14.6を乗じて、目標空燃比ＦＭＡ
byＦを算出し、これに燃料噴射量Ｑｆを乗じて、目標空
気量Ｑａｃを算出する。
【００６５】また、最終目標ＥＧＲ率ＦＭＥＧＲを基
に、これに目標空燃比ＦＭＡbyＦを乗じて、目標ＥＧＲ
量Ｑｅｃを算出する。そして、これらを基に、以下の各
制御を行う。 吸気絞り弁（ＴＶＯ）の制御：先ず、目標吸入空気量Ｑ
ａｃとエンジン回転数Ｎｅとから、目標ＴＶＯ開口面積
マップ（図２６参照）を用いて、目標ＴＶＯ開口面積を
求める。次に、目標ＴＶＯ開口面積から、変換テーブル
（図２７参照）を用いて、ＴＶＯデューティに変換し、
これに基づいて吸気絞り弁を制御する。
【００６６】過給機（ＶＧＴ）の制御：先ず、目標吸入
空気量Ｑａｃとエンジン回転数Ｎｅとから、目標タービ
ンノズル開口面積マップ（図２８参照）を用いて、目標
タービンノズル開口面積を求める。次に、目標タービン
ノズル開口面積から、変換テーブル（図２９参照）を用
いて、ＶＧＴデューティに変換し、これに基づいて過給
機のタービンノズルを制御する。
【００６７】ＥＧＲ弁の制御：先ず、目標ＥＧＲ量Ｑｅ
ｃとエンジン回転数Ｎｅとから、目標ＥＧＲ開口面積マ
ップ（図３０参照）を用いて、目標ＥＧＲ開口面積を求
める。次に、目標ＥＧＲ開口面積から、変換テーブル
（図３１参照）を用いて、ＥＧＲデューティに変換し、
これに基づいてＥＧＲ弁を制御する。
【００６８】後噴射の制御：最終目標空気過剰率ＦＭLa
mbdaから、目標後噴射量マップ（図３２参照）を用い
て、目標後噴射量ＰｏｓｔＱを求める。これに基づい
て、燃料噴射弁より、膨張行程又は排気行程においてＰ
ｏｓｔＱ分の後噴射を行わせる。以上説明したように、
始動直後の低温時において、空気過剰率を小さく、また
空気過剰率に応じてＥＧＲ率を制御する際、シリンダ壁
温あるいはそれに代わる値に基づいて制御することで、
エミッション悪化を招かず、燃焼安定性を確保し、排気
昇温を実現でき、触媒の早期活性化が可能となった。
【００６９】その際、図３３（ａ）及び（ｂ）に示され
るように、後噴射のみでの排気昇温ではなく、吸気絞
り、ＥＧＲ、過給機との組合わせにより、低温時に排出
されるエミッションは大幅に改善された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジ
ンのシステム図
【図２】 空気過剰率と触媒入口排気温度との関係を示
す図
【図３】 空気過剰率及びＥＧＲ率とＮＯｘ排出量又は
ＨＣ排出量との関係を示す図
【図４】 排気昇温制御のメインフローチャート
【図５】 触媒活性判定のフローチャート
【図６】 排気昇温要求度演算の第１実施例のフローチ
ャート
【図７】 排気昇温要求度演算の第２実施例のフローチ
ャート
【図８】 排気昇温要求度演算の第３実施例のフローチ
ャート
【図９】 始動前の冷却水温と安定運転可能時間との関
係を示す図
【図１０】 時間差と排気昇温要求度との関係を示す図
【図１１】 排気昇温要求度演算の第４実施例のフロー
チャート
【図１２】 排気昇温要求度演算の第５実施例のフロー
チャート
【図１３】 噴射量差と排気昇温要求度との関係を示す
図
【図１４】 排気昇温終了判定の第１実施例のフローチ
ャート
【図１５】 排気昇温終了判定の第２実施例のフローチ
ャート
【図１６】 排気昇温終了判定の第３実施例のフローチ
ャート
【図１７】 排気昇温終了判定の第４実施例のフローチ
ャート
【図１８】 投入熱量積算相当値の演算方法のブロック
図
【図１９】 目標空気過剰率演算のフローチャート
【図２０】 目標空気過剰率の演算方法のブロック図
【図２１】 目標ＥＧＲ率演算のフローチャート
【図２２】 目標ＥＧＲ率の演算方法のブロック図
【図２３】 吸気絞り弁、過給機、ＥＧＲ弁、後噴射の
制御ブロック図
【図２４】 目標λ昇温要求補正量のマップ
【図２５】 目標ＥＧＲ昇温要求補正係数のマップ
【図２６】 目標ＴＶＯ開口面積のマップ
【図２７】 目標ＴＶＯ開口面積→ＴＶＯデューティ変
換テーブル
【図２８】 目標タービンノズル開口面積のマップ
【図２９】 目標タービンノズル開口面積→ＶＧＴデュ
ーティ変換テーブル
【図３０】 目標ＥＧＲ開口面積のマップ
【図３１】 目標ＥＧＲ開口面積→ＥＧＲデューティ変
換テーブル
【図３２】 目標後噴射量のテーブル
【図３３】 本発明によるＨＣ及びＮＯｘの低減効果を
示す図
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン ２ 吸気通路 ３ 可変容量型過給機 ４ 吸気絞り弁 ５ コモンレール ６ 燃料噴射弁 ７ 排気通路 ８ ＥＧＲ通路 ９ ＥＧＲ弁 １０ 排気浄化用触媒 ２０ ＥＣＵ ２１ 回転数センサ ２２ アクセル開度センサ ２３ エアフローメータ ２４ 水温センサ ２５ 壁温センサ ２６ 触媒温度センサ ２７ 排気温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｔ ３Ｇ３０１ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ ４Ｄ０４８ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ 37/12 ３０２Ａ 37/12 ３０２ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ａ 37/24 23/00 Ｊ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ 41/02 ３８０Ｄ 23/00 ３８０Ｅ 41/02 ３８０ 45/00 ３１２Ｑ ３１４Ｚ 45/00 ３１２ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｅ ３１４ ５７０Ｊ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ ５７０Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｂ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA15 FA06 FA35 GA04 GB25 GB28 GD09 GD11 GD16 GE01 HA04 HA05 HA12 HA18 JA02 JA06 JA12 JA16 JA36 JA39 JA42 JA45 JB02 JB22 3G062 AA01 AA05 BA02 BA04 BA06 CA02 CA06 FA05 FA12 GA01 GA04 GA05 GA06 GA08 GA09 GA14 GA15 GA16 GA17 GA22 3G084 AA01 BA08 BA09 BA13 BA15 BA20 CA01 CA02 CA03 EA07 EA11 EB08 EC06 FA07 FA10 FA20 FA27 FA33 FA36 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB01 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CB02 CB03 CB07 CB08 CB09 DA01 DA02 DA08 DB06 DB07 DB08 DB09 DB10 DB13 EA01 EA05 EA07 EA16 EA17 EA18 EA26 EA30 FA02 FA04 FA12 FB02 FB06 FB07 FB10 FC07 HA37 HA39 HA42 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BA04 BB01 BB06 DB03 DC09 DG09 EA05 EA08 EA14 EA17 EC08 EC09 FA15 GA01 GA02 GA04 HA01Z HA16X HB01X HB02X HC07Z HD02Z HD07X HE01Z HE08Z HF08Z HF19Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA21 KA01 KA05 KA07 MA01 MA11 MA19 NA08 NB11 NC02 ND41 NE13 NE23 PA01Z PC10Z PD12Z PE01Z PE08Z PF03Z PF16Z 4D048 AA06 AA18 CC27 CC38 CD06 DA01 DA02 DA03 DA05 DA06 DA13 DA20

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機関の排気通路に配置され、排気中の排気
    成分を浄化する排気浄化手段と、 前記排気浄化手段の活性状態を判定する活性状態判断手
    段と、 前記排気浄化手段が活性していないと判断されたとき、
    空気過剰率を低下する空気過剰率制御手段と、 この空気過剰率の低下に応じてＥＧＲ率を制御するＥＧ
    Ｒ率制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記活性状態判断手段は、エンジン冷間時
    に、前記排気浄化手段が活性していないと判断すること
    を特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記活性状態判断手段は、前記排気浄化手
    段の温度が所定の温度を下回るときに、前記排気浄化手
    段が活性していないと判断することを特徴とする請求項
    １又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記空気過剰率制御手段は、始動後、シリ
    ンダ壁温が所定温度に達するまでの間は、空気過剰率の
    低下を禁止することを特徴とする請求項１〜請求項３の
    いずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記空気過剰率制御手段は、始動から所定
    時間が経過するまでの間は、空気過剰率の低下を禁止す
    ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記空気過剰率制御手段は、始動から所定
    時間が経過するまでの間は、現在までの経過時間と前記
    所定時間との差又は比に応じて、空気過剰率を低下させ
    ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記所定時間は、始動時のエンジン冷却水
    温が低いほど長くするよう変化させることを特徴とする
    請求項５又は請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記空気過剰率制御手段は、始動後のアイ
    ドル状態において、主燃料噴射量が所定の噴射量に達す
    るまでの間は、空気過剰率の低下を禁止することを特徴
    とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】前記空気過剰率制御手段は、始動後のアイ
    ドル状態において、主燃料噴射量が所定の噴射量に低下
    するまでの間は、現在の噴射量と前記所定の噴射量との
    差又は比に応じて、空気過剰率を減少させることを特徴
    とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】前記排気浄化手段の温度を検出あるいは
    予測する手段を備え、前記空気過剰率制御手段は、前記
    排気浄化手段の温度が所定の温度を超えた場合、空気過
    剰率の低下を禁止することを特徴とする請求項１〜請求
    項９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】前記排気浄化手段の出口の排気温度を検
    出あるいは予測する手段を備え、前記空気過剰率制御手
    段は、前記排気浄化手段の出口の排気温度が所定の温度
    を超えた場合、空気過剰率の低下を禁止することを特徴
    とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】前記空気過剰率制御手段は、エンジン冷
    却水温が所定の温度を超えた場合、空気過剰率の低下を
    禁止することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれ
    か１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  13. 【請求項１３】前記空気過剰率制御手段は、始動からの
    シリンダ内への燃料噴射による投入熱量の積算値が所定
    の熱量を超えた場合、空気過剰率の低下を禁止すること
    を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
  14. 【請求項１４】前記空気過剰率制御手段は、エンジンの
    吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けたＥ
    ＧＲ弁を制御することを特徴とする請求項１〜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。
  15. 【請求項１５】前記空気過剰率制御手段は、エンジンの
    吸気通路に設けた吸気絞り弁を制御することを特徴とす
    る請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機
    関の排気浄化装置。
  16. 【請求項１６】排気ガスの熱エネルギを回収し、エンジ
    ンに吸入される空気を過給する過給機を備え、前記空気
    過剰率制御手段は、前記過給機の熱回収率を減少させ
    て、吸入空気量を減少させることを特徴とする請求項１
    〜請求項１５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄
    化装置。
  17. 【請求項１７】前記過給機は、排気タービンのノズル部
    に可動式ベーンを設置した可変容量型過給機、あるいは
    排気タービン入口にウエストゲートを備えたウエストゲ
    ート式過給機のいずれかであることを特徴とする請求項
    １６記載の内燃機関の排気浄化装置。
  18. 【請求項１８】主燃料噴射後の膨張行程中あるいは排気
    行程中に燃料を噴射する後噴射を可能とする燃料噴射手
    段を備え、前記空気過剰率制御手段による空気過剰率の
    低下時に、後噴射を実施することを特徴とする請求項１
    ４〜請求項１７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気
    浄化装置。
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